DE69730538T2

DE69730538T2 - Handstück mit Kühlflüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE69730538T2
Application number: DE69730538T
Authority: DE
Inventors: M. Jonathan BAUMGARDNER; R. David HENNINGS; J. Bruce SAND; Gerald Elsbach
Original assignee: CoolTouch Inc Roseville; CoolTouch Inc
Current assignee: CoolTouch Inc Roseville; CoolTouch Inc
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: AU8655398A; DE69730538D1; AU743307B2; US5976123A; ES2227733T3; EP1030611A4; CA2304477A1; EP1030611B1; WO1999016369A1; EP1030611A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft kryogenes Kühlen in Verbindung mit Laservorrichtungen oder mit anderen Energiezufuhrvorrichtungen, einschließlich Laser-, Radiofrequenz-, Ultraschall- und andere Schallenergie, elektromagnetische, chemische, mechanische und andere Typen von Energie, zur Verwendung bei medizinischen oder anderen Anwendungen, und insbesondere ein Handstück mit einem abnehmbaren Kühlmittelfluidreservoir zur Verwendung bei chirurgischen, ästhetischen, dermatologischen, eingreifenden, diagnostischen und anderen medizinischen Verfahren und Techniken, bei denen Spülung und/oder Kühlung angewendet wird.
HINTERGRUND UND VORTEILE DER ERFINDUNG
Bei medizinischen oder anderen Typen von Laser-Anwendungen werden Laserzufuhr-Handstücke in großem Umfang verwendet. Mit der Entwicklung von optischen Fasern und Festkörper-Lasern wurden komplizierte Anordnungen von Kollimationslinsen, Spiegeln und Filtern durch kleine effiziente Laserzufuhrvorrichtungen ersetzt, bei denen Faseroptiken verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 5,020,995 (Levy) veröffentlicht am 4. Juni 1991, lehrt eine chirurgische Behandlung bzw. ein chirurgisches Verfahren zum Schneiden von Zahngewebe. Ein Handstück zum Schneiden von Dentin und Zahnschmelz ist offenbart, das ein hohles Rohr aufweist, das mit einer externen Kühlmittelfluidquelle verbunden ist. Die Vorrichtung hat jedoch eine Anzahl von Nachteilen, einschließlich der Tatsache, dass periphere Rohrleitungen und zusätzliche Verbindungen zur Steuerung und zur Laserquelle erforderlich sind. In der Praxis wird durch die Vielzahl von externen Verbindungen die Anwendung der Vorrichtung unzweckmäßig. Außerdem, wenn die Kühlmittelquelle weiter als etwa 0,5 bis etwa 1,0 Meter von dem Auslassende entfernt ist, das angeordnet ist, um Kühlmittel auf das zu kühlende Gewebe zu leiten, ist entweder eine erhebliche Isolation oder eine beträchtliche Zuführzeit erforderlich, um das Kühlmittelfluid mit einer geringen Temperatur zu der gewünschten Position zu leiten.
Das US-Patent Nr. 5,344,418 (Ghaffari), veröffentlicht am 6. September 1994, lehrt ein optisches System zur Behandlung von vaskulären Läsion. Zusätzlich zu den vorstehend erläuterten Nachteilen, also grundsätzlich das Erfordernis externer Verbindungen und komplizierter Rohrleitungen, Isolation und Zuführanforderungen, ist das Kühlsystem dazu gedacht, die Saphir-Linse des Systems zu kühlen. Das Patent betrifft außerdem ein System für die Steuerung der Hauttemperatur.
Das US-Patent Nr. 5,057,104 (Chess), veröffentlicht am 15. Oktober 1991, lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von kutanen, vaskulären Läsionen, einschließlich der Schritte: Leiten eines Laserstrahls gegen und durch die Epidermis des Patienten zu dem Zielgebiet, und gleichzeitig Aussetzen der Epidermis des Patienten mit einem Kühlmittelfluid an der Stelle der Epidermis, auf die der Laserstrahl auftrifft.
In letzter Zeit wurde eine große Aufmerksamkeit auf das selektive Kühlen von biologischem Gewebe im Verlauf von thermisch bewirkten therapeutischen Prozeduren gerichtet. B. Anvari et al., Selective Cooling of Biological Tissues: Application for Thermally Mediated Therapeutic Procedures, Phys. Med. Biol. 40 (1995) 241–252. Es wurden Verfahren und Systeme vorgeschlagen, die auf Modellen von Wärmekonduktion in verschiedenen Typen von Gewebe in verschiedenen Ebenen unter der Haut basieren. Bei bestimmten dermatologischen Anwendungen bestand die Aufgabe darin, einen Photo-Effekt und/oder einen thermischen Effekt primär bei dem Gewebe unter der Oberfläche zu erzeugen, ohne die Oberflächenstrukturen zu zerstören oder zu verändern. Beispiele solcher Prozeduren beinhalten die Laserbehandlung von Portweinmalen und die klinische Behandlung von anderen Hautkrankheiten, Läsionen und Tätowierungen. Es wurden Experimente durchgeführt, die beispielsweise Infrarot-Radiometrie verwenden, um in vivo die thermische Antwort von menschlicher Haut zu messen, um durch einen Kryogen-Spritzer zu kühlen.
Obwohl aus diesen Studien und anderen Informationen über die Wirkung eines solchen Kühlens bei biologischem Gewebe im Verlauf solcher Operationen gewonnen wurden, sind nur in sehr geringem Ausmaß effektive oder effiziente Einrichtungen kommerziell verfügbar. Häufig führt das Aufbringen von Spritzern aus kryogenen Materialien auf eine Stelle der Laserzufuhr zu einem Verspritzen der kryogenen Flüssigkeit und/oder zu einem unbegrenzten und unkontrollierbaren Kühlen.
Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Handstück zur Verfügung zu stellen, um thermisch bewirkte medizinische, therapeutische, kosmetische und andere Verfahren mit selektiver Kühlung des Oberflächengewebes durchzuführen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein leichtes, nicht einschränkendes Handstück für solche Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einem integrierten Reservoir für kryogenes Fluid oder ein anderes Kühlmittelfluid zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Sichtbarmachung der verbliebenen Menge an Kühlmittelfluid ermöglicht und wiederauffüllbar ist.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der sowohl Kühlmittel als auch Laserenergie in einer gesteuerten und begrenzten Weise zugeführt werden, um eine Zuführung sowohl von Laserenergie als auch von Kühlmittel zu unerwünschten Stellen zu verhindern.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung mit einem wiederauffüllbaren Reservoir für kryogenes Fluid zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Handstück zum Zuführen von Energie zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel von einem Laser oder einer anderen therapeutischen Vorrichtung, auf das Zielgewebe, wobei das Handstück ein integriertes Kühlsystem aufweist, das einzelne wegwerfbare oder wiederverwendbare Zylinder oder Patronen mit kryogenem Fluid oder einem anderen Kühlmittelfluid beinhaltet, die mit dem Handstück gekoppelt und auf bequeme und effiziente Weise ausgetauscht werden können, falls erforderlich.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Handstück mit Kühlmittel zur Zuführung von Energie, einschließlich Laser-, Radiofrequenz-, Ultraschall- und andere Schallenergie, elektromagnetische, chemische, mechanische und andere Typen von Energie, zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Anwendung einer solchen Vorrichtung bei ästhetischen Prozeduren zur Verfügung zu stellen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Falten-Entfernung, Haar-Entfernung, Entfernung von Tätowierungen, Portweinmalen und anderen Pigmentationen, etc.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und Verfahren für die Umwandlung von Kollagen zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Kälteerzeugendes Handstück vorgesehen, welches aufweist:
einen Hauptkörperabschnitt mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende;
eine steuerbare Energiezufuhreinrichtung zum steuerbaren Zuführen von Energie von dem distalen Ende des Hauptkörperabschnitts zu einem Zielgewebe; und
ein steuerbares Ventil zum steuerbaren Zuführen eines Teiles eines Kühlmittelfluids zu dem Zielgewebe;
dadurch gekennzeichnet, dass das Handstück außerdem eine Reservoir-Aufnahme-Aussparung, die integral mit dem Hauptkörperabschnitt ausgeführt ist, und ein austauschbares Kühlmittelreservoir aufweist, welches mit einem Kühlmittel befüllbar ist oder welches in seinem Inneren Kühlmittelfluid enthält und derart ausgestaltet ist, um in die Reservoir-Aufnahme-Aussparung funktionsmäßig zu passen, wobei das Kühlmittelreservoir und der Hauptkörperabschnitt jeweils Befestigungseinrichtungen zur lösbaren Befestigung des Reservoirs an dem Handstück aufweisen.
Das Handstück dient der Verwendung in therapeutischen Verfahren, bei denen selektives Kühlen angewendet wird. Die Vorrichtung ist zur Verwendung in Verbindung mit einer steuerbaren Laserquelle oder einem anderen Typ von Energiezufuhrvorrichtung gedacht, einschließlich Radiofrequenzvorrichtungen, Ultraschallvorrichtungen, etc.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beinhaltet Zufuhrröhreneinrichtungen, die ein proximales Ende und ein distales Ende haben, die Laserzufuhreinrichtung und die Ventileinrichtung so mit der Zufuhrröhre gekoppelt ist, dass sowohl die Laserenergie als auch der Teil des vorbestimmten Kryogen-Volumens gesteuert zu dem ausgewählten Oberflächengebiet geleitet werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Reservoir einen rohrförmigen Abschnitt mit zumindest einer teilweise transparenten Seitenwand zum Bereitstellen einer visuellen Anzeige des Volumens des Kühlmittelfluids auf, das in dem Reservoir verbleibt.
Vorzugsweise beinhaltet das steuerbare Ventil ein steuerbares Magnetventil.
Vorzugsweise weist das Handstück außerdem eine Einrichtung zum Fokussieren der Energie auf, die zu dem Zielgewebe geführt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein kälteerzeugendes Handstück vorgesehen, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei die steuerbare Energiezufuhreinrichtung eine Laserzufuhreinrichtung ist, das Kühlmittelfluid eine kryogene Flüssigkeit ist, und die Befestigungseinrichtungen zur sicheren und lösbaren Kopplung des Reservoirs mit der Ventileinrichtung ausgestaltet sind.
Haut, die für einen langen Zeitraum einer Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, zeigt eine Vielzahl von klinischen Veränderungen, die als Alterung bezeichnet werden. Die wesentliche histopathologische Erkenntnis bei der Photo-Alterung ist die Akkumulation von Material in der papillaren Dermis, die Färbungscharakteristiken hat, die ähnlich Elastin sind, und daher wird dieser Zustand als "Solar Elastosis" bezeichnet.
Bei der Solar Elastosis wird das normale Kollagen in der papillaren Dermis ersetzt, was zu klinischen Veränderungen führt, die in der photo-gealterten Haut als Falten beobachtet werden. Eine zunehmende Degradation von Kollagen resultiert aus der UV-Bestrahlung, von der gezeigt ist, dass sie die Kollagenase-Produktion durch menschliche Fibroblaste stimuliert und Kollagenase-Gen-Expression hochregelt.
Die Kollagen-Produktion bleibt jedoch in diesem Zustand unverändert. Das Nettoergebnis ist daher eine relative Abnahme bei den stabilen Kollagen-Werten in der photogealterten Haut, und zwar überwiegend in der papillaren Dermis.
Obwohl es keine gesicherten histologischen Erkenntnisse gibt, die direkt mit dem Auftreten von Falten in photogealterter Haut korrelieren, wurde akzeptiert, dass eine Netto-Reduktion bei den Kollagen-Werten die ursächliche Komponente ist. Dies basiert auf der Hypothese, dass Kollagen die kutane Festigkeit und Elastizität bewirkt.
Zusätzlich zu diesen anatomischen Faktoren wurden klinische Verbesserungen bei Faltenbehandlung histologisch mit Kollagen-Synthese in verschiedenen kutanen Behandlungsmodalitäten korreliert. Diese beinhalten chemische kutane Abpellung, Dermabrasion, Verwendung von lokalem Tretinoin und Laser-unterstützte Oberflächen-Erneuerung.
Der Mechanismus von Faltenverminderung basiert daher auf der Umkehr der Netto-Kollagen-Reduktion, die durch Sonnenbestrahlung stimuliert wird. Der Netto-Gewinn von Kollagen in der papillaren Dermis resultiert aus der biologischen Antwort auf iatrogene Verletzungen, und zwar entweder durch chemische, mechanische oder Laser-induzierte Verletzungen. Die biologische Antwort tritt in Form der komplexen Sequenz von Ereignissen auf, die mit dem Wundreparaturprozess einhergehen, was sich, neben anderen Faktoren, in dem histologischen, immunohistologischen, in situ Hybridisations-Auftreten von neuer Kollagen-Synthese in der papillaren Dermis kumuliert.
Da die oberflächliche Hautschicht, die Epidermis, bei der Reduktion von Falten durch Reformation von Kollagen in der papillaren dermalen Schicht der Haut keine Rolle spielt, gibt es einen bestimmten Vorteil, der durch den Schutz dieser äußeren Schicht während des Prozesses des Anregens einer Wundheilungsantwort in der dermalen Schicht gewonnen wird.
Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, einen steuerbaren dynamischen kälteerzeugenden Prozess zur Verfügung zu stellen, um diese epidermalen Schäden mit Hilfe des offenbarten Handstücks mit einem Kühlmittelreservoir zu verhindern.
Zahlreiche weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung und ihrer Ausführungsbeispiele, aus den Ansprüchen und aus den beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen Details der Erfindung vollständig und komplett als ein Teil dieser Beschreibung offenbart sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem wiederauffüllbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine darstellende detaillierte Querschnittsansicht von dem distalen Ende von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem austauschbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer Fluidpegel-Indikatoreinrichtung der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine darstellende perspektivische Ansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem wiederauffüllbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einem Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Graphik, die den Temperaturgradienten durch einen Bereich der Haut ohne Vorkühlung als eine Funktion von der Wellenlänge der auftreffenden Laserenergie sowie der Tiefe der Laserstrahlungseindringung zeigt.
8 ist eine Graphik, die den Temperaturgradienten durch einen Bereich der Haut mit Vorkühlung als eine Funktion von der Wellenlänge der auftreffenden Laserenergie sowie der Tiefe der Laserstrahlungseindringung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Durchführbarkeit der selektiven Abkühlung biologischer Gewebe wurde experimentell untersucht. Infrarot-Radiometrie kann verwendet werden, um in vivo die thermische Antwort von menschlicher Haut auf das Abkühlen durch Kryogen zu messen. Ein Modell unterstellt ein zweilagiges, semi-infinites Medium, das Haut beinhaltet, die mit einem kalten Film Kontakt hat, dessen Dicke sich im Laufe der Zeit verändern kann. Der Begriff "Grenzschicht" bezieht sich auf einen Film aus kryogenem Material, das sowohl mit Luft als auch der Haut Kontakt hat. Wenn Kryogen auf die Hautoberfläche aufgespritzt wird, dann wird die Hauttemperatur als Folge der Zufuhr von latenter Verdampfungswärme reduziert. Wenn die Temperatur der Hautoberfläche den Siedepunkt von Kryogen erreicht, dann wird die Geschwindigkeit, mit der Kryogen-Tropfen verdampfen, geringer als die Akkumulationsrate von Kryogen auf der Oberfläche.
1 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem wiederauffüllbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine darstellende detaillierte Querschnittsansicht von dem distalen Ende von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem abnehmbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung. Das Handstück 100 hat ein Gehäuse 101 mit einem proximalen Ende 100a und einem distalen Ende 100b.
Ein Laser oder eine andere funktionale oder einwirkende Energiequelle (nicht gezeigt) ist mit einer Energiezufuhreinrichtung 102 verbunden. Die Energiezufuhreinrichtung 102 umfasst normalerweise eine einzelne optische Faser, mit z. B. 400 Mikrometer Durchmesser, ein faseroptisches Kabel, ein Faserbündel oder eine andere faseroptische Laserzufuhrvorrichtung. Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig und effektiv unter Verwendung von einem CO₂-Laser arbeitet, soll verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung speziell für die Verwendung mit solchen Quellen von Energie geeignet ist, die in der Lage sind, konventionell über optische Fasern übertragen zu werden. Diese umfassen Weißlicht, Infrarot-Energie, Q-Switch-Rubin-Laser, Blitzlicht-gepumpte Farbstofflaser, Nd:YAG, Holmium-Typ und andere Festkörperlaser, die derzeit oder in der Zukunft verwendet oder bekannt sind.
Darüber hinaus kann bei dem Handstück wahlweise irgendeine andere funktionierende Energiequelle bzw. funktionale Vorrichtung verwendet werden, einschließlich Infrarot- oder Ultraviolett-, Röntgenstrahlen- oder Radiofrequenzzufuhreinrichtungen, kohärente oder nicht-kohärente Energie, Ultraschallzufuhreinrichtungen, mechanische Schneidwerkzeuge, Bohrgeräte, etc., oder in Kombination mit den oben genannten. Anwendungen, die einen thermischen Effekt in dem Gewebe induzieren, können unter Verwendung des Handstücks der vorliegenden Erfindung gesteuert werden, und Anwendungen, die in ihrem Betrieb eine Abkühlung von Gewebe verwenden, fallen alle in den Schutzbereich dieser Erfindung.
Ein distales Ende 104 der Energiezufuhrvorrichtung 102 ist in dem distalen Ende 100b des Handstücks über einen SMA-Konnektor 98 befestigt. Der SMA-Konnektor ist auf einen Vorsprung 96 geschraubt, der wiederum in das Gehäuse 101 geschraubt ist. Eine optionale Linse oder eine andere Energie fokussierende Vorrichtung 106 ist benachbart zu dem distalen Ende 104 der Energiezufuhrvorrichtung 102 angeordnet, und der mit dem Gewinde versehene Vorsprung 96 ermöglicht eine manuelle Einstellung und genaue Ausrichtung von dem distalen Ende 104 der Energiezufuhrvorrichtung 102 und der fokussierenden Einrichtung 106. Es soll verstanden werden, dass eine größere Vielfalt von Konstruktionsfaktoren betrachtet werden muss, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Das Vorsehen der fokussierenden Einrichtung entweder integriert mit oder separat von dem Laser oder einer anderen Energiezufuhreinrichtung ermöglicht eine Flexibilität bei der Behandlung oder Abdeckung, ermöglicht die Erzeugung von verschiedenen Punktgrößen und anderen Parameteroptimierungen, und zwar abhängig von der Anwendung, z. B. Faltenentfernung, Kollagen-Schrumpfung, Kollagen-Stimulation oder -Synthese, Bleichen von Portweinmalen, Photoablation bei einer Schneid- oder Gewebe-Entfernungsanwendung, etc. Es soll verstanden werden, dass bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen die fokussierende Linse 106 in der Vorrichtung 100 optional an einer anderen Stelle angeordnet sein kann, und bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen gibt es eine Vielzahl von fokussierenden Einrichtungen an verschiedenen Positionen in der Vorrichtung 100.
Eine transparente Zufuhrröhre 108 ist benachbart zu dem distalen Ende 100b von dem Handstück 100 in funktionaler Beziehung mit dem distalen Ende 104 der Energiezufuhrvorrichtung 102 und der optischen Linse oder anderen fokussierenden Vorrichtungen 106 montiert. Daher strahlt der Laser oder eine andere Energie, die in die Zufuhrröhre 108 eintritt, an dem distalen Ende 110 heraus. Die Länge der Zufuhrröhre kann abhängig von der gewünschten Punktgröße, der Notwendigkeit, eine verlängerte Spitze bereitzustellen, und dem Typ der verwendeten Laserzufuhreinrichtung variieren. Außerdem ist die fokussierende Einrichtung in bevorzugten Ausführungsbeispielen einstellbar. Typische Laserzufuhrröhren, wie solche, die als Handpiece Extenders, Teilnummer RD-1100 und RD-1200, bekannt sind, hergestellt von Spectrum Medical Technologies, Inc., in Natick Mass., sind kommerziell verfügbar.
Die Zufuhrröhre 108 ist vorzugsweise transparent und rohrförmig, kann aber eine Vielzahl von verschiedenen Querschnittsgeometrien haben. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat eine Länge von etwa 4–5 Zentimeter, kann aber länger oder kürzer sein, abhängig von der gewünschten Punktgröße, etc. Benachbart zu dem distalen Ende 110 der Zufuhrröhre 108 ist ein Kühlmittelanschluss 112 vorgesehen, der Kühlmittel in Richtung auf das distale Ende 110 und das Zielgewebe leitet, falls gewünscht. Die Konstruktion der Zufuhrröhre 108 verhindert ein mögliches "Fly-away" von abgelöstem Gewebe, Zellen oder Blut, wodurch ein Schutz gegen Querkontamination für andere Anwesenden oder Gerätschaften in dem Operationssaal erreicht wird. Außerdem leitet die Röhre das kryogene Fluid auf bequeme Weise zu bestimmten Gebieten. Eine Verschwendung von Kryogen, ein Verlust an dessen Inhaltsstoffen und die Gefahr eines unbeabsichtigten Kontakts mit Kryogen wird dadurch ebenfalls vermindert.
Noch ein Vorteil der Zufuhrröhre 108 der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zum Markieren der Oberfläche des Gewebes zur Verfügung zu stellen, das behandelt oder visualisiert wurde, etc. Kleine Druckmarkierungen, Vertiefungen oder andere Markierungen, Farbstoffe, etc. können durch das distale Ende 110 der Zufuhrröhre 108 gebildet oder freigegeben werden. In dem Beispiel der Faltenentfernung unter Verwendung von Laserenergie trägt daher die Oberfläche der Haut, die bestrahlt und unter Verwendung von Kryogen oder anderen Kühlmitteln gekühlt wird, keine unmittelbare visuelle Anzeichen der gerade vorgenommenen Behandlung, und der Operateur wird somit durch die visuellen Angaben unterstützt, die durch das distale Ende 110 der Zufuhrröhre 108 erzeugt werden.
Benachbart zu dem proximalen Ende der Zufuhrröhre 108 wird durch eine Belüftung 114 ermöglicht, dass Luft oder andere Fluide oder Gase über die äußere Oberfläche 107 der fokussierenden Einrichtung 106 geblasen werden. Bei Nichtvorhandensein der Belüftung 114 und des strömenden Gases können andere Einrichtungen verwendet werden, um die Akkumulation und das sich daraus ergebende Beschlagen oder andere Störungen der fokussierenden Einrichtung 106 durch Kondensation von Wasser oder anderem Dampf auf der äußeren Oberfläche 107 der fokussierenden Einrichtung 106 zu verhindern. Solche Einrichtungen können Einrichtungen umfassen, um die Linse zu erhitzen und um zu verhindern, dass auf dieser Dampf kondensiert.
Das Vorsehen einer transparenten Zufuhrröhre 108 ermöglicht dem Arzt oder Techniker eine unbehinderte Sicht der fortschreitenden Behandlung. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beinhalten verbesserte Übertragungsmerkmale, einschließlich Anti-Reflexionsbeschichtungen, um das innere optische System zu schützen und die Möglichkeit einer Energierückführung zu verhindern, und senkrechte Positionseinrichtungen, die die Gefahr vermindern, dass Licht reflektiert wird, wodurch anderenfalls in dem Operationssaal eine gefährliche Sicht erzeugt werden könnte.
Ein thermisches Rückführsystem beinhaltet eine Linse 120 zum Fokussieren einer erfassten Infrarot-Ausgabe von dem behandelten und/oder gekühlten Zielgewebe auf einen thermischen Sensor 122. Ein solcher thermischer Sensor 122 kann irgendein funktionaler thermischer Sensor sein, wie zum Beispiel eine Thermosäule, etc. Eine typische gemessene Ausgabe von gekühltem Zielgewebe ist eine Strahlung bei etwa 10 Mikrometer oder mehr oder weniger und ist eine Funktion des Typs des ausgewählten thermischen Sensors 122. Ein Rückführsignal wird über den Sensorausgang 124 zu der zentralen Verarbeitungseinheit der Energiezufuhrvorrichtung übertragen, wie zum Beispiel eine integrierte Steuerung für ein Lasersystem. Wie vorstehend erläutert, sind dem Fachmann verschiedene Steuerschemen, Protokolle und andere Verfahren bekannt, und zusätzliche und neue sind offensichtlich. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige Vorrichtung zur Durchführung dieser Protokolle zur Verfügung zu stellen. Diese Protokolle können anfängliche Schritte erfordern, die die Laser-Operation und Überprüfungen der Steuerung, Tests der Funktion der Zufuhreinrichtung und der Verbindungen, sowie die thermische Erfassung des Zustands des Zielgewebes umfassen. Während der Operation kann die Temperatur des Zielgewebes kontinuierlich oder zu diskreten Zeitpunkten erfolgen. Ein übermäßiges Vorkühlen, ein gleichzeitiges Kühlen und Nachkühlen des Zielgewebes kann vermieden werden, wodurch eine Schädigung des Gewebes infolge übermäßiger Kühlung verhindert wird, sowie andere Einwirkungen auf die Oberflächenschichten des Zielgewebes während der thermischen Behandlung der Schichten unter der Oberfläche.
3 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem Kühlmittelreservoir 200 der vorliegenden Erfindung. Das Reservoir 200 weist eine zylindrische, rohrförmige, äußere Wand 202, einen integriert geformten, abgedichteten Abschnitt 204 an dem proximalen Ende 206 und eine Ventilbaugruppe 208 an dem distalen Ende 210 auf. Das proximale Ende 206 kann mit einem abnehmbaren Abschnitt abgedichtet oder verschlossen werden, um auf diese Weise ein Befüllen von beiden Enden zu erreichen. Die Ventilbaugruppe 208 beinhaltet ein Ventilbetätigungsmittel 212 und einen Außengewindeabschnitt 214 und ist mit einem Stöpselabschnitt 216 gekoppelt, der in dem distalen Ende 210 des Reservoirs 200 montiert ist. Abdichtende O-Ringe 218 werden zwischen der Röhre 202 und dem Stöpsel 216, zwischen dem Stöpsel 216 und der Ventilbaugruppe 208 und benachbart zu dem Ventilbetätigungsmittel 212 verwendet. Die Reservoirkammer 220 enthält ein bestimmtes Volumen an kryogenem Fluid oder einem anderen Kühlmittel. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Reservoir 200 eine Röhre 202 mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,25 und 1,0 Zoll (0,625 cm und 2,5 cm) oder schmaler oder breiter, und einer Länge zwischen etwa 4,0 und 8,0 Zoll (10 cm und 20 cm) oder kürzer oder länger, hergestellt aus Kunststoff, Glas oder einem anderen geeigneten Material.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Reservoir 200 entweder wiederauffüllbar oder austauschbar sein. In dem wiederauffüllbaren Ausführungsbeispiel sind eine geeignete Tüllen-Kappe oder andere Befülleinrichtungen an dem Reservoir 200 vorgesehen. In dem auswechselbaren Ausführungsbeispiel ist das Reservoir ein wegwerfbarer Behälter, der zuvor gekauft und in dem Hospital oder in der Klinik gelagert wird. Eine geeignete Befestigungs- oder Montageeinrichtung ist vorgesehen, um ein leeres Reservoir auf bequeme, effiziente und sichere Weise herauszunehmen, wenn es leer ist, und es durch einen vollen Behälter auszutauschen. Die Reservoire haben entweder Gewinde-Endanschlüsse oder Befestigungseinrichtungen vom Bajonett-Typ, um eine lecksichere, sichere Befestigung zwischen dem Reservoir 200 und dem Rest von dem Handstück 100 zu bewirken. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die wegwerfbaren und austauschbaren Kühlmittelreservoire 200 in einem breiten Bereich von Abwandlungen bezüglich der Anbringungseinrichtungen, des Volumens, der Form und der Materialien verwendet werden können, die alle in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Reservoir-Kammer 220 ein Volumen von zwischen etwa 10 und 500 Milliliter, oder mehr oder weniger, wie dies für bestimmte Anwendungen gewünscht oder erforderlich sein kann. Freon und flüssiges CO₂ werden in großem Umfang als Kryogene verwendet und sind in dem Gebiet der Kryo-Chirurgie allgemein bekannt. Ein anderes geeignetes Kryogen-Spray ist 1,1,1,2-Tetrafluorethan, C₂H₂F₄, ein Umwelt-kompatibles, nicht-toxisches, nicht-entflammbares Freon-Substitut. Andere Kryogene, wie zum Beispiel 34R (ebenfalls ein Freon-Substitut), können verwendet werden und sind basierend auf dieser Beschreibung für den Fachmann offensichtlich.
4 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem Fluidpegel-Indikator-Adapter 250 der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, wird das Reservoir 200 in einen Innengewindeabschnitt geschraubt, was dazu führt, dass die Ventilbaugruppe 208 geöffnet wird und es ermöglicht wird, dass Kühlmittel von der Reservoir-Kammer 220 durch die Ventilbaugruppe 208 und durch den Kühlmittel-Kanal 254 in den Körper 256 des Adapters 250 strömt. Der Kanal 254 entleert sich in eine Sichtglas-Kammer 260, die durch das Fenster 262 in dem Körper 256 des Adapters 250 und durch das Fenster 117 des Handstück-Gehäuses 102 einsehbar ist. Zusätzliche abdichtende O-Ringe 264 sind gezeigt. An dem distalen Ende 280 des Adapters 250 dient die optionale Ventilbaugruppe 270, die einen Einsetzabschnitt 272 und ein Ventilbetätigungsmittel 274 aufweist, dazu, den Adapter an diesem Ende in der Situation abzudichten, in der der Adapter 250 von dem Handstück 100 entfernt wird, während ein Reservoir 200', das Kühlmittel enthält, damit gekoppelt ist. An dem proximalen Ende 282 des Adapters 250 ermöglichen Adapter-Belüftungslöcher 222 das Entlüften von jeglichem Kühlmittel, das in der Sichtglas-Kammer 260 verblieben ist, und zwar während der Demontage der Vorrichtung.
Ein sicheres, reduntantes Sicherheitsbefestigungssystem zwischen dem Kühlmittelreservoir 200 und dem Adapter 250 weist einen Gewindeabschnitt 252 und einen entsprechenden Gewindeabschnitt an dem Reservoir 200' sowie eine Einstellschraube 292 auf. Es soll verstanden werden, dass das Reservoir 200 an den Adapter 250 montiert werden kann, und zwar entweder bevor oder nachdem der Adapter 250 mit dem Handstück 100 gekoppelt wird. In jedem Fall gleitet der Adapter 250 so in die Aussparung 103 in dem Handstück 100, dass sich der Einsetzabschnitt 272 in der Aufnahmebasis 105 befindet, und ein Bajonett-Stift 290 greift mit einem Stift-Schlitz 207 an dem proximalen Ende 100a von dem Handstück 100 ein. Es soll verstanden werden, dass die Aufnahmeaussparung 103 irgendeinen wirkenden Montageöffnungsschlitz, Flansch, Gebiet, Platte, Flächem etc. aufweisen kann. Zusätzlich kann die Einstellschraube 292 durch das proximate Ende 282 des Adapters 250 geschraubt sein, um so das Ablösen des Reservoirs 200 von der Bajonett-Befestigung des Adapters 250 zu verhindern.
Kühlmittel wird aus dem Reservoir 200 durch das steuerbare Kryogen-Ventil 307 zugeführt. Das Ventil 307 kann ein Niedertemperatur-Ventil vom Solenoid-Typ sein, mit Hilfe dessen Mengen an Kryogen zugeführt werden, falls gewünscht. Es können auch übliche automatische oder andere industrielle Flüssigkraftstoff-Einspritzvorrichtungen verwendet werden. Die Zuführung von Mengen zwischen etwa 10 Millisekunden und etwa 500 Millisekunden sind mit verschiedenen Typen von Ventilen möglich. Normalerweise ist das Solenoid-Typ-Ventil 307 in der Lage, einem Druck von etwa 80 bis 100 PSI (551,6 × 10³ bis 689,5 × 10³ Pa) und Temperaturen von etwa –30 bis –40 Grad Celsius zu widerstehen.
Nachdem es durch das Ventil 307 geströmt ist, wird das Kryogen durch den Kanal 109 und in die Zufuhrröhre 108 an dem Kanalanschluss 112 geleitet. Die Ventileinrichtung wird durch Steuerdrähte 116 betätigt, falls gewünscht, wodurch ermöglicht wird, dass Kryogen in die Zufuhrröhre 108 strömt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Spraydüseneinrichtung verwendet, so dass das Kryogen in einem vorbestimmten Muster oder mit einer vorbestimmten Strömungsrate, Geschwindigkeit, etc. auf ein vorgewähltes Oberflächengebiet gesprüht wird.
Wie vorstehend beschrieben, sind verschiedene dynamische Abkühl-Protokolle, Verfahren und Systeme zur Verwendung mit der thermisch einwirkenden Behandlung von biologischem Gewebe und anderen Materialien allgemein bekannt. Gleichzeitig oder abwechselnd können der Operationsstelle vorbestimmte Mengen an Laserenergie sowie an kryogenem Kühlmittel präzise zugeführt werden, und zwar entsprechend den Temperatur- und den Positionssensoren und integrierten Berechnungseinrichtungen, die mit der Laserquelle in Beziehung stehen. Steuerungen, die auf theoretisch abgeleiteten oder tatsächlich gemessenen Betriebsparameterdaten basieren, ermöglichen es dem Arzt oder dem Techniker, einen vorbestimmten thermischen Gradienten oder Temperaturprofil durch ein bestimmtes vorgewähltes Gewebe beizubehalten. Diese Steuerschemen sind mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, und bestimmte oder individuelle Steuerschemen für spezielle Anwendungen sind für den Fachmann offensichtlich. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine Zeitgeberschaltung, um gemäß vorbestimmter Betriebsparameter, wie Zeit und Rate der Laserenergiezufuhr, Zeit und Rate der Kryogen-Zufuhr, Aufeinanderfolgen und Überlappen solcher Ereignisse mit Ablation, Kühlperioden, etc., eine Steuerung durchzuführen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind Temperatursensoren vorgesehen, die in verschiedenen Positionen angeordnet sind, wie zum Beispiel an einem distalen Ende der Zufuhrröhre. Der Temperatursensor erfasst die Temperatur von entweder der Spitze der Zufuhrröhre, der Haut, auf die die Laserenergie und das Kühlmittel gerichtet werden, oder beides. Temperatursonden und Verfahren sind in der Technik allgemein bekannt. Solche Temperatursensoren arbeiten auf eine Vielzahl von verschiedenen Wegen, einschließlich Schwarzkörper-Typ-Strahlungs sensoren, Thermopaare, Thermometer, etc. Der Temperatursensor liefert Informationen an eine Steuerung mit Rückführsteuerung des Lasers, einen Kühlmittelzufuhrschalter, etc.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Laser- und/oder Kryogen-Befestigungssystem auf. In dem Fall, in dem das Handstück so gehalten wird, dass Dämpfe in dem Reservoir vor der Flüssigkeit zugeführt werden, kann eine wesentliche Abnahme der Kühlwirkung beobachtet werden. Eine Entlüftung der Kryogen-Dämpfen ist relativ zu dem Ausmaß der Kühlung sehr ineffektiv, die unter Verwendung von flüssigem Kryogen erreicht werden kann. Wenn der Chirurg nicht besonders vorsichtig ist, dann kann das Handstück während der Operation so gehandhabt werden, dass das Handstück geneigt oder verdreht wird, so dass das flüssige Kryogen aus dem Solenoid oder einem anderen Strömungsventil herausströmt. Um den Ausstoß von Dämpfen zu verhindern und, was manchmal noch wichtiger ist, um die Zufuhr von Laserenergie bei Nichtvorhandensein einer ausreichenden Menge an Kühlmittel zu verhindern, wird ein Verriegelungssystem verwendet. Dieses System kann in einer Anzahl verschiedener Weisen konfiguriert sein, wie für den Fachmann offensichtlich ist. Mercury-Schalter zur Verhinderung der Betätigung von Schaltern bei bestimmten Ausrichtungen werden allgemein verwendet. Integrierte Schaltungen und andere Typen von Mikroprozessoren und Mikrovorrichtungen sind ebenfalls für solche Pegelsteuerungen verfügbar. Eine solche Vorrichtung gewährleistet eine geeignete Ausrichtung, wie zum Beispiel eine vertikale Position, des Handstücks vor der Zufuhr von Laserenergie. Außerdem kann die Verriegelung in einer Temperatursensor/Steuerschaltung integriert sein. Eine solche Schaltung gewährleistet eine geeignet geringe Temperatur an der Hautoberfläche oder an einem distalen Punkt an dem Wert oder der Zufuhrröhre, bevor ermöglicht wird, dass Laserenergie zugeführt wird. Eine weitere Ausführung von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel misst die Fluidströmung durch das Ventil. Eine solche Vorrichtung verhindert die Zufuhr von Laserenergie, sofern nicht flüssiges Kryogen mit einer vorbestimmten minimalen Rate strömt.
5 ist eine darstellende perspektivische Ansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem kälteerzeugenden Handstück mit einem wiederauffüllbaren Kühlmittelreservoir der vorliegenden Erfindung. An dem proximalen Ende 100a von dem Handstück 100 gibt es eine Zugentlastungs-Baugruppe 115, die folgendes umschließt: die Energiezufuhreinrichtung 102, den Ausgang 124 von dem Temperatursensor 122 sowie Steuerleitungen 116 zum Bewirken der Kühlmittelströmung.
6 ist eine darstellende Querschnittsansicht von einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem Kühlmittelreservoir 200' der vorliegenden Erfindung. Dieses Reservoir 200' hat ein eingebautes Sichtglas 262' zum Bestimmen des restlichen Kühlmittelvolumens. Das Reservoir 200' beinhaltet eine zylindrische, rohrförmige Außenwand 202', einen abgedichteten Abschnitt 204' an einem proximalen Ende 206' und eine Ventilbaugruppe 208' an einem distalen Ende 210'. Das proximale Ende 206' kann mit einem abnehmbaren Abschnitt abgedichtet oder verschlossen sein, um das Befüllen von jedem Ende zu ermöglichen. Die Ventilbaugruppe 208' beinhaltet ein Ventilbetätigungsmittel 212' und ist mit einem Stöpsel-Abschnitt 216' gekoppelt, der in dem distalen Ende 210' des Reservoirs 200' montiert ist. Abdichtende O-Ringe 218' sind zwischen der Röhre 202' und dem Stöpsel 216', zwischen dem Stöpsel 216' und der Ventilbaugruppe 208' und benachbart zu dem Betätigungsmittel 212' vorgesehen. Das restliche Fluidvolumen kann von dem Arzt oder Techniker bestimmt werden, indem durch das Sichtglasfenster 262' und durch Fenster 117 von dem Handstück-Körper 102 geschaut wird.
7 ist eine Graphik, die den experimentell gewonnenen Temperatur-Gradienten durch einen Bereich der Haut ohne Vorkühlung als eine Funktion von sowohl der Wellenlänge der auftreffenden Laserenergie sowie der Tiefe der Laserstrahlungseindringung darstellt. Die Graphik zeigt eine Veränderung in der Temperatur (ΔT) von etwa 60 Grad Celsius, und alle Kurven sind für den Zeitpunkt 1 Millisekunde nach dem Zuführen der Laserenergie gezeigt. Die Graphik zeigt drei Linien, die Laserwellenlängen von 10,6 Mikrometer, 1,3–1,4 Mikrometer und 1,06 Mikrometer entsprechen.
8 ist eine Graphik, die den Temperatur-Gradienten durch einen Bereich der Haut mit Vorkühlung als eine Funktion von sowohl der Wellenlänge der auftreffenden Laserenergie als auch der Tiefe der Laserstrahlungseindringung zeigt. Die Graphik zeigt eine Veränderung in der Temperatur (ΔT) von etwa 60 Grad Celsius. In diesen Experimenten wurde eine Vorkühlung des Hautoberflächengewebes für eine Zeitdauer von 20 Millisekunden unmittelbar vor dem Zuführen der Laserenergie durchgeführt. Alle Kurven sind für einen Zeitpunkt 1 Millisekunde nach dem Zuführen der Laserenergie gezeigt. Die Graphik zeigt drei Linien, die Laserwellenlängen von 10,6 Mikrometer, 1,3–1,4 Mikrometer und 1,06 Mikrometer entsprechen. Es soll verstanden werden, dass die Parameter von Zeit, Abkühlen und Zuführen von Laserenergie manuell oder automatisch verändert werden können, falls gewünscht.
Studien haben gezeigt, dass das Bestrahlen von Gewebe durch eine Laserquelle mit mittleren Infrarot durch ein thermisches Oberflächenabsorptionselement oder eine Wärme senke ein optimales thermisches Profil in dem Zielgewebe mit nahezu physiologischer Temperatur an der Oberfläche der bestrahlten Fläche ermöglicht, um so thermische Schädigungen an der Oberfläche zu minimieren. In dem Fall der gewünschten thermischen Kollagen-Verminderung ist dies deutlich der gewünschte Zustand. Andere haben gezeigt, dass die Verminderung der Oberflächentemperatur vor der Laserbestrahlung, und daher Erzeugung einer Grenzschicht an der Hautoberfläche, zu einer selektiven Abkühlung des Zielgewebes führen kann, wodurch die normale, darüberliegende Epidermis geschützt wird.
Während eines typischen dynamischen Abkühlprozesses wird die Oberfläche der Haut auf 0 Grad Celsius oder weniger abgekühlt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die hoch genug ist, um die Oberfläche abzukühlen, aber die Hitze um nicht mehr als etwa 400–500 Mikrometer unter der Oberfläche zu verteilen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bleibt das Zielgewebe während des Abkühlschrittes bei Körpertemperatur und wird nicht insgesamt abgekühlt.
Beispielsweise wird bei der Laser-induzierten Verminderung von Kollagen-Gewebe durch Durchführen einer Abkühlung der Oberfläche der Haut für eine kurze Zeitdauer, normalerweise zwischen etwa 5 und 100 Millisekunden, und dann Zuführung von Laserenergie, die Oberfläche anfänglich abgekühlt, aber nicht das Zielgewebe. Allgemein wird die Oberflächenschicht der Haut schnell abgekühlt. Durch eine hohe Geschwindigkeit der Abkühlung wird eine proximale Hypothermie verhindert und außerdem ein betäubender, anästhetischer oder analgetischer Effekt erreicht. Daher steigt bei Zuführung der Laserenergie auf die Oberfläche und durch diese hindurch das Zielgewebe in einem adäquat schnellen Prozess auf die optimale thermische Verminderungstemperatur, und allgemein nicht höher.
In einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel wird das Abkühlen und Erhitzen in einer vorbestimmten zeitlichen Sequenz durchgeführt, optional unter Verwendung von Zeitgeber-Schaltungen und/oder anderen Steuereinrichtungen.
Mit Blick auf Studien, die zum Entfernen von subdermalen Haut-Läsionen durchgeführt wurden, wie zum Beispiel Portweinmale und andere rote und braune Male, kann eine optimale Abkühlstrategie eine solche sein, die eine kurze Zufuhr von Kryogen (z. B. 5–20 ms) verwendet, um die lokale Temperatur in der pigmentierten Epidermis zu reduzieren, während die Abschwächung von Laserlicht durch die Grenzschicht minimiert wird, gefolgt von einer Abkühlung nach der Bestrahlung, wodurch eine Wärmesenke für die Verteilung von epidermaler Hitze erreicht wird, die durch Melanin-Absorption erzeugt wird.
Sofern nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie allgemein von einem Fachmann verstanden werden, der auf dem Gebiet dieser Erfindung tätig ist. Obwohl Verfahren und Materialien, die ähnlich oder äquivalent zu jenen sind, die hier beschrieben wurden, in der Praxis oder beim Testen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden die bevorzugten Verfahren und Materialien nun beschrieben.
Der Nd:YAG-, Nd:YAP- und Nd:YALO-Typ-Laser sind solche Quellen von kohärenter Energie. Diese Wellenlänge von 1,3–1,4 Mikrometer wird relativ gut von Wasser absorbiert und ist folglich für die Gewebe-Interaktion sehr gut geeignet. Sie kann außerdem sehr einfach durch ein faseroptisches Zufuhrsystem übertragen werden, im Gegensatz zu einem starren gelenkigen Arm, der für den CO₂-Laser erforderlich ist. Derzeit gibt es sehr genaue Verfahren zur Steuerung der Lasersysteme und zur optischen Filterung von erzeugtem Licht. Durch Auswählen der geeigneten Kombination von Resonanzoptiken und/oder Anti-Reflektions-Beschichtungen können Wellenlängen im Bereich von 1,3–1,4 Mikrometer und sogar 1,32–1,34 Mikrometer erzeugt werden.
Ein Lichttransport in die Haut und anderes Gewebe wird durch primäre und sekundäre Streueffekte dominiert, statt durch optische Absorption allein. Lask G. et al., Nonablative Laser Treatment of Facial Rhytides; SPIE Proc 1997; 2970 xxx.
Das Konzept eines "effektiven Schwächungskoeffizienten" μ_eff (in einer exponentiellen Schwächungsbeziehung ähnlich dem Beer'schen Gesetz für die Absorption allein) wurde traditionell verwendet, um den Licht-Teilchenfluss ϕ (Einheiten: J/cm²) in einem Gewebe anzunähern, in dem Streuung wichtig ist ϕ(z) = Aexp(μeffz) [1] μeff = {3μa[μa + μs(1 – g)]}1/2 [2]wobei
A eine Konstante ist,
z die Tiefe (Einheit: cm) in dem Gewebe ist,
μ_a der Absorptionskoeffizient ist (Einheit: cm^–1),
μ_s der Streukoeffizient ist (Einheit: cm^–1), und
g die Streuanisotropie ist (Einheit: dimensionslos).
Welch AJ, van Gemert MJC (Verfasser), Introduction to medical applications: Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue. (Plenum Press, New York, 1995), Seiten 609–618.
Der Licht-Teilchenfluss ϕ ist die Energie (Einheit: J), der von allen Richtungen durch ein Querschnittsgebiet (Einheit: cm²) strömt. Er weicht von der Strahlungs-Exposition F (Einheit: J/cm²) ab, die wir beim Beschreiben der Behandlungsparameter verwenden, da F die Energiedichte ist, die direkt von der Lichtquelle auf die Gewebeoberfläche gerichtet wird. Der Teilchenfluss ϕ kann sehr viel größer sein als die Strahlungs-Exposition F, und zwar infolge von Mehrfach-Streuung-Ereignissen – siehe 1 in Welch et al. Wenn das Gewebe sehr stark streut, dann finden durchschnittlich viele Photon-Streuereignisse statt, bevor das Photon endgültig absorbiert wird.
Wenn die reale Licht-Teilchenfluss-Verteilung durch Gleichung [1] dargestellt ist, dann würde die "wirksame optische Absorption" als eine Funktion der Tiefe z diese exponentielle Funktion nachahmen, und der "wirksame optische Absorptionskoeffizient" würde durch Gleichung [2] angegeben. Jedoch ist die reale Licht-Teilchenfluss-Verteilung komplizierter als durch Gleichung [1] angegeben, und wird am besten durch eine Monte-Carlo-Modellberechnung dargestellt, die die Effekte von anfänglicher Lichtverteilung, das auf das Gewebe auftrifft (z. B. kollimiertes Licht bei normalem Auftreffen, diffuses Licht bei nicht-normalem Auftreffen, etc.), die Veränderungen des Index der Brechung bei einem Luft/Gewebe-Übergang; (und irgendwelche anderen Übergänge in dem Gewebe), Absorptions- und Streuereignisse in dem Gewebe, und Remittanz von dem Gewebe (durch Reflexion an dem Luft/Gewebe-Übergang und durch Rückstreuung aus dem Inneren des Gewebes) beinhaltet. Jacques SL, Wang L, Monte Carlo modelling of light transport in tissues: Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue (Plenum Press, New York, 1995) Seiten 73–100.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung soll verstanden werden, dass sich der Begriff "nicht-homogenes Kollagen" auf jenes Kollagen bezieht, das normalerweise in der Haut von Menschen und Tieren gefunden wird, wie in dem vorhergehenden Absatz beschrieben. Nicht-homogenes Kollagen ist außerdem von Natur aus anisotrop, das heißt, es zeigt keine identischen Eigenschaften (wie zum Beispiel Licht-Transmission, Doppelbrechung, Leitfähigkeit von Wärme oder Elektrizität), wenn entlang von Achsen in verschiedenen Richtungen gemessen wird. Es ist allgemein bekannt, dass Hautgewebe aus nicht-homogenem Kollagen zusammengesetzt ist, im Vergleich zu anderem Gewebe, das transparent und isotrop ist und homogenes Kollagen enthält, wie die Kornea.
Obwohl die Prinzipien der Erfindung in darstellenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht wurden, ist es für den Fachmann unmittelbar offensichtlich, dass viele Veränderungen bezüglich der Struktur, Anordnung, Proportionen, der Elemente, Materialien und Komponenten, die in der Praxis der Erfindung und auch sonst verwendet werden, teilweise auf spezielle Umgebungen und Betriebsanforderungen angepasst werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Kälteerzeugendes Handstück (100), welches folgendes aufweist: einen Hauptkörperabschnitt mit einem proximalen Ende (100a) und einem distalen Ende (100b); eine steuerbare Energiezufuhreinrichtung (102) zum steuerbaren Zuführen von Energie von dem distalen Ende des Hauptkörperabschnittes zu einem Zielgewebe; und ein steuerbares Ventil (208) zum steuerbaren Zuführen eines Teiles eines Kühlmittelfluids zu dem Zielgewebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Handstück (100) ferner eine Reservoir-Aufnahme-Aussparung (103), die integral in dem Hauptkörperabschnitt ausgeführt ist, und ein austauschbares Kühlmittelreservoir (200) aufweist, welches mit einem Kühlmittelfluid befüllbar ist, oder welches in seinem Inneren Kühlmittelfluid enthält und derart gestaltet ist, um in die Reservoir-Aufnahme-Aussparung (103) funktionsfähig zu passen, wobei jeweils das Kühlmittelreservoir (200) und der Hauptkörperabschnitt Befestigungseinrichtungen zur lösbaren Befestigung des Reservoirs an das Handstück (100) aufweisen.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner eine Zufuhrröhre (108) aufweist, um die Energie von der Energiezufuhreinrichtung (102) sowie das Kühlmittelfluid auf das Zielgewebe zu richten, wobei die Zufuhrröhre (108) ein proximales Ende und ein distales Ende (110) aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem das Reservoir (200) einen rohrförmigen Abschnitt mit einer zumindest teilweise transparenten Seitenwand zum Bereitstellen einer visuellen Anzeige des Volumens des Kühlmittelfluids, welches in dem Reservoir (200) verbleibt, aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem das steuerbare Ventil (208) ein steuerbares Magnetventil aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner eine Einrichtung (106) zum Fokussieren der Energie aufweist, die zu dem Zielgewebe zugeführt wird.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem das Reservoir (200) wiederauffüllbar ist.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem die Befestigungseinrichtung sowohl an dem Reservoir als auch an dem Hauptkörperabschnitt Passgewinde-Endbeschläge aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem die Befestigungseinrichtung eine verriegelnde Befestigungseinrichtung vom Bajonett-Typ ist, welche einen Verriegelungsstift und ein Gegenschlitz aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner einen Thermosensor und eine Rückkopplungssteuereinrichtung aufweist, um zu verhindern, dass unerwünscht Energie zu dem Zielgewebe zugeführt wird.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner eine Energiezufuhr-Sperreinrichtung zum Verhindern einer unerwünschten Zufuhr von Energie zu dem Zielgewebe aufweist.
Handstück nach Anspruch 10, bei welchem die Energiezufuhr-Sperreinrichtung einen Fluidpegelschalter, einen Thermosensor oder einen Fluiddurchflusssensor aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner einen Thermosensor (122) aufweist, wobei der Thermosensor (122) in dem Handstück (100) montiert ist, um die Temperatur des Zielgewebes zu ermitteln.
Handstück nach Anspruch 1, welches ferner einen Adapter zum Ankoppeln eines Kühlmittelfluid-Reservoirs an den Hauptkörperabschnitt aufweist, um ein Kühlmittelfluid steuerbar zu dem Zielgewebe zuzuführen.
Handstück nach Anspruch 13, bei welchem der Adapter ferner eine Kühlmittelkammer und ein Sichtfenster zum Bereitstellen einer visuellen Anzeige des verbleibenden Kühlmittels aufweist.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem die Befestigungseinrichtung an dem Reservoir einen Satz von spiralförmigen Gewindegängen aufweist, und bei welchem das Handstück ferner einen zusammenwirkenden Satz von spiralförmigen Gegen-Gewindegängen aufweist, wobei die beiden Sätze der spiralförmigen Gewindegängen wirksam werden, um das Reservoir und das Handstück in Eingriff zu bringen.
Handstück nach Anspruch 1, bei welchem die Befestigungseinrichtung an dem Reservoir einen Befestigungs-Verriegelungsstift vom Bajonett-Typ aufweist, und bei dem das Handstück ferner einen zusammenwirkend angeordneten Gegenschlitz für den Verriegelungsstift aufweist.
Kälteerzeugendes Handstück nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die steuerbare Energiezufuhreinrichtung (102) eine Laserzufuhreinrichtung ist, das Kühlmittelfluid eine kryogene Flüssigkeit ist, und wobei die Befestigungseinrichtung dazu dient, das Reservoir an die Ventileinrichtung zuverlässig bzw. sicher und lösbar anzuschließen.
Handstück nach Anspruch 17, wobei sowohl die Laserenergie als auch der Anteil der kryogenen Flüssigkeit zu einem zuvor ausgewählten Oberflächenbereich bzw. zu einer zuvor ausgewählten Mantelfläche steuerbar zugeführt werden.
Handstück nach Anspruch 17 und 6, welches ferner eine Nachfüll-Ventileinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welchem die Befestigungseinrichtung an sowohl dem Reservoir als auch der Ventileinrichtung Passgewinde-Endbeschläge aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welchem die Befestigungseinrichtung eine Verriegelungsausstattung vom Bajonett-Typ aufweist.