DE10120787A1 - Remission-controlled device with laser handpiece for sensor-controlled selective laser therapy of blood vessels and skin tissues has multiple-sensor system e.g. using near infrared or visible radiation - Google Patents
Remission-controlled device with laser handpiece for sensor-controlled selective laser therapy of blood vessels and skin tissues has multiple-sensor system e.g. using near infrared or visible radiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur remissionsgesteuerten, selektiven Lasertherapie zur Diagnostik von Blutgefäßen und Hautgeweben gemäß der Gattung des ersten Patentanspruches. Sie dient ferner zur Steuerung von Parametern eines Lasertherapiegerätes sowie zu dessen geometrischer Lagesteuerung über dem zu therapierenden Areal. Die Erfindung wird in Lasertherapiegeräten zur effektiven und nebenwirkungsarmen Behandlung von Varizen und anderen Erkrankungen des Hautgewebes eingesetzt. The invention relates to an arrangement for remission-controlled, selective Laser therapy for the diagnosis of blood vessels and skin tissues according to the genus of the first claim. It also serves to control parameters of a Laser therapy device and for its geometric position control over the therapeutic area. The invention is used in laser therapy devices for effective and Treatment of varices and other diseases of the Skin tissue used.
Die therapeutische Wirkung von Laserstrahlung beruht bekanntlich auf Prozessen der Reflexion, Streuung und Absorption von Photonen, die sich innerhalb bestimmter, wellenlängenabhängiger Eindringtiefen im Gewebe ausbreiten können und in Absorptionszentren mit Melanin, Hämoglobin oder Wasser in Wärme umgewandelt werden. Sie erfolgt entweder lokal unspezifisch in großflächigen Gewebearealen oder spezifisch in Blutgefäßen. Ein wesentliches Absorbermaterial im Humangewebe ist Gewebewasser mit einem Absorptionsmaximum seiner Grundschwingung bei 2700 nm; Nebenmaxima existieren bei 1900 nm, 1460 nm und 980 nm. Oxihämoglobin hat drei Absorptionspeaks bei Wellenlängen von 420 nm, 548 nm und 575 nm. Das wichtigste Hautpigment Melanin weist eine, vom nahen infraroten (NIR) zum ultravioletten (UV) Bereich stark zunehmende Absorption auf. As is well known, the therapeutic effect of laser radiation is based on Processes of reflection, scattering and absorption of photons that are within certain wavelength-dependent penetration depths can spread in the tissue and in absorption centers with melanin, hemoglobin or water in heat being transformed. It is either locally unspecific in large areas Tissue areas or specifically in blood vessels. An essential absorber material in the Human tissue is tissue water with an absorption maximum of its Fundamental at 2700 nm; Secondary maxima exist at 1900 nm, 1460 nm and 980 nm. Oxihemoglobin has three absorption peaks at wavelengths of 420 nm, 548 nm and 575 nm. The most important skin pigment melanin has one, from the near infrared (NIR) to the ultraviolet (UV) range strongly increasing absorption.
Die Ausnutzung einer bestimmten Laser-Wellenlänge, um deren Strahlungsenergie in einem Targetchromophor wie Hämoglobin in Wärme umzusetzen und eine lokale Temperaturerhöhung von einigen zehn Grad bis zu einer Agglutination/Koagulation des Gefäßabschnittes zu erreichen, nennt man selektive Thermolyse. Bei der Lasertherapie vaskulärer Läsionen wurde bisher der gesamte Wellenlängenbereich von sichtbarer blau-grüner, gelber bis zu naher infraroter Strahlung angewandt. Dabei ist das Hämoglobin das wichtigste Targetchromophor. Das Melanin ruft jedoch besonders bei Laserwellenlängen im sichtbaren Spektralbereich als konkurrierender Absorber unerwünschte Nebeneffekte hervor. Die Pulsdauer der verwendeten Laser muss dabei auf die thermische Relaxationszeit im Zielgewebe abgestimmt sein, die von den jeweiligen Wärmeleitfähigkeiten und den spezifischen Wärmekapazitäten bestimmt werden. Bei zu kurzen Laserpulsen kommt es zu keiner ausreichenden Erwärmung des Gefäßabschnittes, bei zu langen zu einer Schädigung der umgrenzenden Gewebeareale. Zudem muss die Laserenergiedichte (Fluence) so gewählt werden, dass es weder zu explosionsartigen Verdampfungsprozessen im Gefäß kommt, die zu unerwünschten Rupturen mit anschließender Purpura-Bildung (Fluence zu hoch und Pulsbreite zu klein) führen, noch dass diese nur zu geringen Erwärmungen im Gefäßinneren führt, die ein erneutes Wachstum (Neoangiogenese) hervorrufen würde. The exploitation of a certain laser wavelength to its Converting radiant energy into heat in a target chromophore such as hemoglobin and a local temperature increase from a few tens of degrees to a Achieving agglutination / coagulation of the vascular section is called selective thermolysis. In laser therapy of vascular lesions, the entire Wavelength range from visible blue-green, yellow to near infrared radiation applied. Hemoglobin is the most important target chromophore. The melanin is calling however, especially at laser wavelengths in the visible spectral range as competing absorbers produce undesirable side effects. The pulse duration of the The laser used must be matched to the thermal relaxation time in the target tissue be dependent on the respective thermal conductivities and the specific heat capacities be determined. If the laser pulses are too short, none will occur sufficient heating of the vessel section, in the case of too long damage to the surrounding tissue areas. In addition, the laser energy density (fluence) must be like this be chosen so that there are neither explosive evaporation processes in the Vessel that leads to undesirable ruptures with subsequent purpura formation (Fluence too high and pulse width too small) lead that these only too small Warming inside the vessels leads to renewed growth (neoangiogenesis) would cause.
Die Lasertherapie wird am häufigsten bei Teleangiektasie (Erweiterung dünner
Kapillargefäße), bei Feuermalen (angeborene kapillare Fehlbildung; PWS) und bei
Hämangiomen (Blutgefäßgeschwulst) als Methode der Wahl eingesetzt, bei der
Heilungsraten von 50% bis zu 90% erreicht werden. Eine erfolgreiche Behandlung lässt
sich durch die optische Aufhellung der Haut erkennen, die neben einer
herkömmlichen Farbfotografie besonders gut durch eine nichtinvasive,
remissionsspektroskopische Untersuchung objektiviert werden kann. Die Effizienz einer Lasergefäßtherapie
hängt von verschiedenen Faktoren ab: Die anatomische Lage, Durchmesser und
Wanddicke der Gefäße sind im Zusammenhang mit dem verwendeten Lasertyp
entscheidend für einen unmittelbaren Behandlungserfolg, der auch möglichst lang
anhalten soll. Die Anzahl der erforderlichen Laserungen (ein- oder mehrmalig) spielt
ebenfalls eine wichtige Rolle. Die physiologisch-morphologischen Hintergründe für
eine erfolgreiche Gefäßtherapie ("Idealer Weg") sind noch Gegenstand
wissenschaftlicher Grundlagenuntersuchungen. Histologische Untersuchungen haben z. B.
ergeben, dass bei einer Besenreiser-Therapie mit grünem Laserlicht geeigneter Fluence
und Pulsbreite eine Aggregation der Erythrozyten mit nachfolgender
Thrombusbildung im Blutgefäß und Schrumpfung der Gefäßwände stattfindet. Die Funktionalität
des Gefäßsystems umfaßt jedoch eine Vielzahl komplexer und interaktiver Variabler.
In einem partiell zerstörten Blutgefäß werden eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren
und Inhibitoren wirksam, die eine Wiederherstellung des Gefäßes zum Ziel haben
oder zu einer Angiogenese führen können. Dies kann eine mehrmalige, unmittelbar
aufeinanderfolgende Laserbehandlung konterkarieren, da eine verstärkte
Gefäßneubildung induziert wird. Das Laser-Therapieregime muss daher auf Form und
Ausprägung der Varizen (Typisierung nach Weiss in der folgenden Tabelle) ausgerichtet
werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass der intravasale Anteil am
Hauptchromophor Oxyhämoglobin geringer ausfällt als bei Teleangiektasien oder Gefäßmälern
(vaskuläre Naevi). Die charakteristischen Farbbilder und morphologischen
Besonderheiten lassen sich für eine automatische optische Erkennung der Varizentypen
verwenden:
Laser therapy is most often used as the method of choice in telangiectasia (dilation of thin capillaries), in fire stains (congenital capillary malformation; PWS) and in hemangiomas (swelling of the blood vessels), with healing rates of 50% to 90% being achieved. Successful treatment can be recognized by the optical brightening of the skin, which, in addition to conventional color photography, can be objectified particularly well by a non-invasive, remission spectroscopic examination. The efficiency of laser vascular therapy depends on various factors: The anatomical position, diameter and wall thickness of the vessels are decisive in connection with the type of laser used for immediate treatment success, which should also last as long as possible. The number of laserings required (once or several times) also plays an important role. The physiological-morphological background for successful vascular therapy ("ideal path") is still the subject of basic scientific research. Histological studies have e.g. B. show that in a spider vein therapy with green laser light of suitable fluence and pulse width, there is an aggregation of the erythrocytes with subsequent thrombus formation in the blood vessel and shrinkage of the vessel walls. However, the functionality of the vascular system includes a large number of complex and interactive variables. In a partially destroyed blood vessel, a variety of growth factors and inhibitors are effective, which aim to restore the vessel or can lead to angiogenesis. This can counteract repeated, immediately successive laser treatment, since an increased formation of new vessels is induced. The laser therapy regimen must therefore be based on the shape and expression of the varices (Weiss typing in the following table), taking into account that the intravascular portion of the main chromophore oxyhemoglobin is lower than in telangiectasias or vascular pain (vascular nevi). The characteristic color images and morphological peculiarities can be used for automatic optical recognition of the varicose types:
Für Lasertherapien eigneten sich bisher nur die Varizentypen I bis II [Bethge, S.,
Stadtler, R.: Der langgepulste frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser in der Behandlung
von Besenreiser. Hautarzt 50, 181-185 (1999)]. In Abhängigkeit vom Durchmesser
der varikösen Gefäße vom Typ I bis II geht man von zwei typischen klinischen
Merkmalen (clinical endpoint) aus, die zur Steuerung einer Laser-Applikation
verwendet werden können:
Until now, only varicose types I to II were suitable for laser therapy [Bethge, S., Stadtler, R .: The long-pulsed frequency-doubled Nd: YAG laser in the treatment of spider veins. Dermatologist 50, 181-185 (1999)]. Depending on the diameter of the varicose vessels of type I to II, two typical clinical features (clinical endpoint) are assumed that can be used to control a laser application:
Die herkömmliche Sklerosierung variköser Gefäße mit Aethoxysklerol oder anderen zur lokalen Entzündung führenden Sklerosierungslösungen ist nach wie vor der Goldstandard in der vaskulären Therapie, obwohl sie als minimal-invasives Verfahren mit Belastungen für den Patienten verbunden ist. Der Therapieerfolg ist jedoch nicht immer zufriedenstellend; Komplikationen (Matting, Hyperpigmentierung, Nekrosen, Thrombosen und allergische Reaktionen) treten häufiger auf. Das Verfahren kann erst ab Gefäßdurchmessern größer als 1 mm sinnvoll eingesetzt werden. Ein Therapieerfolg der Sklerosierung wird im allgemeinen frühestens nach zwei Wochen sichtbar. The conventional sclerotherapy of varicose vessels with Aethoxysklerol or others Sclerotherapy solutions leading to local inflammation are still the most common Gold standard in vascular therapy, although considered minimally invasive Procedure is associated with stress for the patient. The therapy success is however not always satisfactory; Complications (matting, hyperpigmentation, Necrosis, thrombosis and allergic reactions) occur more frequently. The procedure can only be used effectively from vessel diameters greater than 1 mm. On Treatment success of sclerotherapy is generally at the earliest after two weeks visible.
Die großen Erwartungen an die vaskuläre Lasertherapie sind jedoch in der Vergangenheit durch eine Reihe unbefriedigender Ergebnisse gedämpft worden. Die zunächst verwendeten kontinuierlich abstrahlenden blau-grünen Ar-Ionen-Laser (488 nm/514 nm) haben den Nachteil einer zu großen Bestrahlungsdauer, die auch durch einen mechanischen Shutter-Betrieb nicht unter 100 ms gehalten werden konnte. Gelbe Laserstrahlung von gepulsten Farbstoff-Lasern (580 nm) hatte sich zunächst bei der Lasertherapie von Gefäßerkrankungen gegenüber Argon-Lasern als überlegen erwiesen: Der Absorptionsdoppelpeak von Oxihämoglobin wird mit gelbem Laserlicht besser getroffen und weniger Strahlung durch das epidermale Melanin unspezifisch in Wärme umgesetzt. [Alster, T. S. et al.: Dermatologic Laser Surgery. Dermatol Surg 22, 797-805 (1996)]. Allerdings ist die agglutinierende bzw. koagulierende Wirkung gelber Laserstrahlung im Blutgefäß nur auf eine Schichtdicke von unter 100 µm begrenzt: Die Absorption von Hämoglobin im Gefäß ist bei dieser Wellenlänge derartig stark, dass eine Abschirmung weiterer, darunter liegender durchbluteter Schichten bewirkt wird. Außerdem liegen die typischen Pulsbreiten von Farbstoff- Lasern unter 0,5 ms. Bei Gefäßdurchmessern größer als 0,1 mm wirkt daher gelbe Laserstrahlung wenig effektiv. Das Langzeitergebnis der Therapie verschlechtert sich, da die nur partiell geschädigten varikösen Gefäßbereiche sich regenerieren sowie Ausgangspunkt für ein erneutes Wachstum unerwünschter Gefäße werden können. Nebenwirkungen bei der Therapie mit blau/grünem und gelbem Laserlicht treten als epidermale Atrophie, Depigmentierung durch epidermale Melanozytenschädigung und Gefäßrupturen auf. Frequenzverdoppelnde Nd:YAG-Laser bei 532 nm lassen sich jedoch bei größeren Pulsbreiten (50 ms bei 20 J/cm2) betreiben und haben daher auch bei Gefäßen mit Durchmessern bis zu 1 mm eine erfolgreiche Therapie ermöglicht [Katz, B.: Laser therapy and sclerotherapy in treatment of large and small spider veins. Cosmetic Dermatology, September 1998]. Allerdings kann man grüne Laser nur bei hellhäutigen Patienten mit dem Hauttyp I und II anwenden; bei starker Bräunung (IV bis VI) sind sie aufgrund der starken Melaninabsorption und der zu erwartenden Nebenwirkungen nicht einsetzbar [Massey, R. A. et al.: Successful treatment of spider leg veins with a HELP FD Nd:YAG Laser. Dermatol Surg 25, 677-680 (1999)]. The high expectations of vascular laser therapy have been dampened in the past by a series of unsatisfactory results. The initially used continuously emitting blue-green Ar-ion lasers (488 nm / 514 nm) have the disadvantage of an excessively long irradiation time, which could not be kept below 100 ms even by mechanical shutter operation. Yellow laser radiation from pulsed dye lasers (580 nm) had initially proven to be superior to laser therapy for vascular diseases over argon lasers: the absorption double peak of oxihemoglobin is better hit with yellow laser light and less radiation is non-specifically converted into heat by the epidermal melanin. [Alster, TS et al .: Dermatologic Laser Surgery. Dermatol Surg 22, 797-805 (1996)]. However, the agglutinating or coagulating effect of yellow laser radiation in the blood vessel is only limited to a layer thickness of less than 100 µm: The absorption of hemoglobin in the vessel is so strong at this wavelength that it shields other layers beneath it that are supplied with blood. In addition, the typical pulse widths of dye lasers are less than 0.5 ms. With vessel diameters larger than 0.1 mm, yellow laser radiation therefore has little effect. The long-term result of the therapy deteriorates because the varicose vascular areas, which are only partially damaged, regenerate and can become the starting point for the regrowth of unwanted vessels. Side effects during therapy with blue / green and yellow laser light occur as epidermal atrophy, depigmentation due to epidermal melanocyte damage and vascular ruptures. Frequency-doubling Nd: YAG lasers at 532 nm can, however, be operated with larger pulse widths (50 ms at 20 J / cm 2 ) and have therefore also made successful therapy possible for vessels with diameters of up to 1 mm [Katz, B .: Laser therapy and sclerotherapy in treatment of large and small spider veins. Cosmetic Dermatology, September 1998]. However, green lasers can only be used in light-skinned patients with skin types I and II; in the case of severe tanning (IV to VI) they cannot be used due to the strong melanin absorption and the expected side effects [Massey, RA et al .: Successful treatment of spider leg veins with a HELP FD Nd: YAG Laser. Dermatol Surg 25, 677-680 (1999)].
Besonders die langwelligere nah-infrarote Strahlung dringt tiefer in das Gewebe ein und kann damit auch größere Gefäße therapieren. Die Streuung der Photonen im Hautgewebe reduziert sich im NIR-Bereich gegenüber dem sichtbaren Spektralbereich um die Hälfte und ermöglicht daher deutlich größere Eindringtiefen. So wurde ein Nd:YAG-Laser (1064 nm) zur Therapie von Teleangiektasien und retikulären Venen mit Durchmessern bis 3 mm am Unterschenkel eingesetzt. Ein weiterer Vorteil dieser Wellenlänge ist neben der großen Eindringtiefe die vernachlässigbare Absorption von Melanin. Im Ergebnis der NIR-Laserung von Gefäßen tritt eine urtikarielle Schwellung auf. Der sichtbare Gefäßverschluss zeigt sich mit einer sofortigen Kontraktion und Abdunkelung. Es sollen keinerlei epidermale Schädigungen sogar beim Hauttyp IV sichtbar werden [Weiss, R. A.: Early clinical results with the multiple synchronized pulse 1064 nm laser for leg telangiectasias and reticular veins. Dermatologic Surgery 25; 399-402 (1999)]. Especially the longer-wave near-infrared radiation penetrates deeper into that Tissue and can also treat larger vessels. The scattering of the photons in the skin tissue is reduced in the NIR range compared to the visible spectral range by half and therefore enables significantly greater penetration depths. So was a Nd: YAG laser (1064 nm) for the therapy of telangiectasias and reticular Veins with diameters up to 3 mm used on the lower leg. Another advantage In addition to the large penetration depth, this wavelength is the negligible one Absorption of melanin. As a result of NIR lasering of vessels, an urticarial occurs Swelling. The visible vascular occlusion is immediately apparent Contraction and darkening. There should be no epidermal damage even to the Skin type IV become visible [Weiss, R. A .: Early clinical results with the multiple synchronized pulse 1064 nm laser for leg telangiectasias and reticular veins. Dermatologic Surgery 25; 399-402 (1999)].
Diodenlaser konnten aus technischen Gründen bisher kaum für die Lasertherapie eingesetzt werden, obwohl bereits erste Applikationsuntersuchungen an Teleangiektasien und Besenreisern bekannt geworden sind [Bass, L. S.: Photosclerosis of cutaneous vascular malformations with a pulsed 810 nm diode laser. Proceedings SPIE 2395, 559-565 (1995)]. Strahlung von Laserdioden bei 810 nm dringt ungefähr 2 mm in eine Blutschicht ein, so dass wesentlich dickere und tiefere Gefäße koaguliert werden können. Ein weiterer Vorteil der Laserwellenlänge bei 810 nm besteht darin, dass hier die spektrale Absorption von reduziertem und oxygeniertem Hämoglobin annähernd gleich ist (isobestischer Punkt). Ein Vaskularisations-Diodenlaser kann daher hier ohne Berücksichtigung des jeweiligen Sauerstoffsättigungsgrades der Gefäße eingesetzt werden. Bei venösen Unterschenkelvarizen liegt der Oxygenierungsgrad z. B. bei 70%, bei Feuermalen dagegen bei fast 100%. Auch die Wasserabsorption ist bei 810 nm gegenüber der im lokalen Maximum von 975 nm vernachlässigbar klein, so dass eine moderate Absorption von Strahlungsenergie durch das Hämoglobin im gesamten Gefäßdurchmesser erwartet werden kann. Da Melanin bei 810 nm jedoch auch noch eine signifikante Absorption aufweist, sollten durch eine geeignet eingestellte Kombination von Laserfluence und -Pulsdauer thermische Schädigungen der Epidermis vermeidbar sein. Erste therapeutische Anwendungen von Diodenlasern haben kaum Nebenwirkungen wie Narbenbildung und Hauttexturänderungen erbracht. For technical reasons, diode lasers could hardly be used for that Laser therapy can be used, although first application studies are already underway Telangiectasias and spider veins have become known [Bass, L. S .: Photosclerosis of cutaneous vascular malformations with a pulsed 810 nm diode laser. Proceedings SPIE 2395, 559-565 (1995)]. Radiation from laser diodes at 810 nm penetrates approximately 2 mm in a blood layer, so that much thicker and deeper vessels can be coagulated. Another advantage of the laser wavelength at 810 nm is in that here the spectral absorption of reduced and oxygenated Hemoglobin is approximately the same (isobestic point). A vascularization diode laser can therefore here without taking into account the respective degree of oxygen saturation of the vessels are used. For venous varicose veins Degree of oxygenation z. B. at 70%, in contrast to fire paints at almost 100%. Also the Water absorption is at 810 nm compared to the local maximum of 975 nm negligible small, so that a moderate absorption of radiation energy by the hemoglobin can be expected in the entire vessel diameter. Because melanin at 810 nm, however, also has a significant absorption, should by a suitably set combination of laser fluence and thermal pulse duration Damage to the epidermis can be avoided. First therapeutic applications of diode lasers have hardly any side effects such as scarring and Skin texture changes brought.
Ein Vergleich von inkohärenten Blitzlampenlichtquellen sowie FD-Nd:YAG- Lasern, Alexandrit-Lasern sowie von langwelligen Nd:YAG-Lasern (1064 nm) für die Gefäßtherapie steht noch aus. Es scheint sich jedoch zu bestätigen, dass inkohärentes Blitzlampenlicht keine breite Anwendung erfahren wird. [Goldberg, D. J.: Laser treatment of vascular lesions Clinies in Plastic Surgery 27; 173-180 (2000)], [Goldberg, D. J.: A comparison of four frequency-doubled Nd:YAG (532 nm) laser systems for treatment of facial telangiectases. Dermatologic Surgery 25; 463-467 (1999)]; [Dover, A. U. et al.: New approaches to the treatment of vascular lesions. Lasers in Surgery and Medicine 26; 158-163 (2000)]; [Greve, B., Raulin, C.: Der Nd:YAG-Laser und seine Anwendungen in der Dermatologie. Hautarzt (51); 152-158 (2000)]. A comparison of incoherent flash lamp light sources and FD-Nd: YAG Lasers, alexandrite lasers and long-wave Nd: YAG lasers (1064 nm) for the Vascular therapy is still pending. However, it seems to be confirmed that incoherent flash lamp light will not be widely used. [Goldberg, D.J .: Laser treatment of vascular lesions Clinies in Plastic Surgery 27; 173-180 (2000)], [Goldberg, D.J .: A comparison of four frequency-doubled Nd: YAG (532 nm) laser systems for treatment of facial telangiectases. Dermatologic Surgery 25; 463-467 (1999)]; [Dover, A. U. et al .: New approaches to the treatment of vascular lesions. Lasers in Surgery and Medicine 26; 158-163 (2000)]; [Greve, B., Raulin, C .: The Nd: YAG laser and its applications in dermatology. Dermatologist (51); 152-158 (2000)].
Ein wichtiger Aspekt bei lasertherapeutischen Verfahren ist die Vermeidung von zeitweiligen oder permanenten Nebenwirkungen. Dies betrifft besonders das Auftreten von punktförmigen Blutungen (Purpura), aber auch Wunden mit anschließender Narbenbildung, Hauttexturveränderungen und Pigmentverschiebungen bis hin zur Bildung von Plattenepithelkarzinomen. Die postoperative Bildung von Erythemen, Ödemen sowie von Hautbläschen wird in der Regel nicht als Nebenwirkung eingestuft. Allerdings sind sie als zusätzliche Komplikationen für den Patienten unerwünscht und sollten im Therapieverlauf möglichst vermieden werden. Die postinflammatorischen Hyperpigmentierungen werden durch den Blutabbau im koagulierten Gefäß (Hämosiderinablagerungen) sichtbar und sind im Verlauf einiger Monate reversibel. Die echten Nebenwirkungen zeichnen sich durch eine unspezifische thermische Laser-Schädigung von epidermalen und dermalen extravasalen Gewebsarealen aus. Besonders bei blau-grünen Lasern beobachtet man in der Epidermis und oberen Dermis eine unspezifische Koagulations-Nekrose, die häufig zu atrophischen oder hypertropischen Narben sowie zur Hypopigmentierung in der therapierten Haut führt [Haedersdahl, M. et al.: Cutaneous side effects from laser treatment of the skin. Acta Derm Venereol (Stockh) 78, 1-32 (1999)]. An important aspect in laser therapy procedures is avoidance of temporary or permanent side effects. This applies especially to that Occurrence of punctiform bleeding (purpura), but also wounds subsequent scarring, skin texture changes and pigment shifts to towards the formation of squamous cell carcinoma. Postoperative education of Erythema, edema as well as skin blisters is usually not considered Side effect classified. However, they are additional complications for the patient undesirable and should be avoided if possible during the course of therapy. The postinflammatory hyperpigmentation is caused by blood breakdown in the coagulated vessel (hemosiderin deposits) are visible and are in the course of some Months reversible. The real side effects are characterized by a non-specific thermal laser damage to epidermal and dermal extravascular Tissue areas. Especially with blue-green lasers one observes in the Epidermis and upper dermis are nonspecific coagulation necrosis, which is often too atrophic or hypertropic scars and for hypopigmentation in the treated skin leads [Haedersdahl, M. et al .: Cutaneous side effects from laser treatment of the skin. Acta Derm Venereol (Stockh) 78, 1-32 (1999)].
Eine optimale Lasertherapie vaskulärer Läsionen erfordert daher begleitende nichtinvasive Messverfahren, die auch eine on line-Steuerung des Lasergerätes ermöglichen sollen. Dies betrifft Sensoren für die Morphologie (laterale und vertikale Verteilung und Durchmesser) und Physiologie der Blutgefäße (relative Sauerstoffsättigung, Blutflussgeschwindigkeit). Hinzu kommt noch die Kenntnis der Melanin- Verteilung im Therapieareal. Für eine on line-Kontrolle einer Lasertherapie kommen möglichst nichtberührende Messverfahren in Betracht. Zur Gewinnung der primären Datenbasen für eine Therapieführung spielen neben Ultraschall- und fotoakustischen Methoden hierfür besonders die optische Kohärenztomografie, die Infrarot- Tomografie und die Remissionsspektroskopie eine wichtige Rolle. Optimal laser therapy for vascular lesions therefore requires accompanying non-invasive measuring method, which also includes an on-line control of the laser device should enable. This applies to sensors for the morphology (lateral and vertical Distribution and diameter) and physiology of the blood vessels (relative Oxygen saturation, blood flow rate). Add to that the knowledge of melanin Distribution in the therapy area. Come for an online control of a laser therapy measurement methods that are as non-contacting as possible. To extract the primary Databases for therapy management play alongside ultrasound and photoacoustic Methods for this especially optical coherence tomography, infrared Tomography and remission spectroscopy play an important role.
Das Remissionsspektrum mit den wellenlängenabhängigen epidermalen und dermalen Streu- und Absorptionskoeffizienten, die vor und nach einer Lasertherapie ermittelt werden, enthält wesentliche vaskuläre (physiologische und anatomische) Informationen. Die präoperative Farbe des Hautareals, welches das zu behandelnde Gewebe mit der Gefäßveränderung aufweist, ist von großer Bedeutung (Bräunung!). Dies belegen erste Untersuchungsergebnisse von Remissionsspektren von lasertherapiertem Hautgewebe mit Feuermalen deutlich [Sheehan-Dare, R. A. et al.: Copper vapour laser (578 nm) and FL pumped pulsed tunable dye laser (585 nm) treatment of port-wine-stains. Br J Dermatol 130, 478-482 (1994)]; [Troilius, A. et al.: Reflectance spectrophotometry in the objective assessment of dye laser-treated port-wine- stains. Br J Dermatol 132; 245-250 (1995)]; [von der Horst, C. M. A. M et al.: Effect of the timing of treatment of port-wine-stains with the FL pumped pulsed-dye laser N Eng J Med 338; 1028-1033 (1998)]. Über die Lösung des sogenannten inversen Problems sollen sich aus einem Remissionsspektrum auch die tiefenabhängige Verteilung der Blutgefäße und deren Durchmesser bestimmen lassen [von Gemert; M. J. C. et al.: Non-invasive determination of port wine stain anatomy and physiology for optimal laser treatment strategies. Phys Med Biol 42, 937-950 (1997)]. Voraussetzung dafür ist die Zusammenstellung einer Reihe typischer Remissionsspektren von Hautgeweben ohne und mit vaskulären Läsionen, von denen die anatomischen und optischen Eigenschaften z. B. über eine Histologie ermittelt wurden (Vorwärts- Problem). Vorläufige Ergebnisse weisen darauf hin, dass im Spektralbereich über 500 bis 600 nm Aussagen zum mittleren Durchmesser der Gefäße erhalten werden. Aufgrund der geringeren Eindringtiefe eignet sich der Spektralbereich unterhalb 500 nm zum Nachweis oberflächlicher Blutgefäße. The reflectance spectrum with the wavelength-dependent epidermal and dermal scattering and absorption coefficients before and after laser therapy contains essential vascular (physiological and anatomical) Information. The preoperative color of the skin area, which is the one to be treated Tissue with vascular changes is of great importance (browning!). This is borne out by the first examination results of reflectance spectra of laser-treated skin tissue with fire stains clearly [Sheehan-Dare, R.A. et al .: Copper vapor laser (578 nm) and FL pumped pulsed tunable dye laser (585 nm) treatment of port-wine-stains. Br J Dermatol 130, 478-482 (1994)]; [Troilius, A. et al .: Reflectance spectrophotometry in the objective assessment of dye laser-treated port-wine- stains. Br J Dermatol 132; 245-250 (1995)]; [von der Horst, C.M.A.M et al .: Effect of the timing of treatment of port-wine-stains with the FL pumped pulsed-dye laser N Eng J Med 338; 1028-1033 (1998)]. About the solution of the so-called inverse Problems should also arise from a reflectance spectrum that depends on depth Have the distribution of the blood vessels and their diameter determined [von Gemert; M.J.C. et al .: Non-invasive determination of port wine stain anatomy and physiology for optimal laser treatment strategies. Phys Med Biol 42, 937-950 (1997)]. The prerequisite for this is the compilation of a number of typical reflectance spectra of skin tissues with and without vascular lesions, of which the anatomical and optical properties e.g. B. were determined using a histology (forward Problem). Preliminary results indicate that in the spectral range above 500 to 600 nm statements about the average diameter of the vessels can be obtained. Due to the lower penetration depth, the spectral range below 500 nm is suitable for the detection of superficial blood vessels.
Spektroskopische Sensoren zur Steuerung von Medizinlasern bei der vaskulären Therapie sind bisher nicht bekannt geworden. Die prinzipielle Eignung von VIS- NIR-Spektralsensoren selbst für einen schnellen und berührungslosen Nachweis der epidermal/dermalen Mikrozirkulation konnte bereits aufgezeigt werden [Schmidt, W.- D., et al.: Non-contacting diffuse VIS-NIR spectroscopy of human skin for evaluation of skin type and time dependend microcirculation. Proceedings of SPIE 4160, 91-102 (2000)]; [DE 199 34 038 A1 (Schmidt/2001)]. Ein nicht-spektroskopisches, scannendes Farbsensorsystem (grün/rot) zur Gefäßtherapie wurde zur Erfassung der lateralen Verteilung der Blutgefäße im Gewebsareal ausgestattet, welches die on line- Steuerung der Laserparameter gestatten soll [Sebern, E. L., et al.: Design and characterization of laser-based instrument with spectroscopic feedback control for treatment of vascular lesion: the "smart scalpel". J Biomed Optics 5; 375-382 (2000)]. Spectroscopic sensors for controlling medical lasers at the vascular therapy has so far not become known. The principle suitability of VIS NIR spectral sensors themselves for quick and contactless detection of epidermal / dermal microcirculation has already been demonstrated [Schmidt, W.- D., et al .: Non-contacting diffuse VIS-NIR spectroscopy of human skin for evaluation of skin type and time dependent microcirculation. Proceedings of SPIE 4160, 91-102 (2000)]; [DE 199 34 038 A1 (Schmidt / 2001)]. A non-spectroscopic, scanning color sensor system (green / red) for vascular therapy was used to record the lateral distribution of the blood vessels in the tissue area, which the on-line Control of the laser parameters should allow [Sebern, E.L., et al .: Design and characterization of laser-based instrument with spectroscopic feedback control for treatment of vascular lesion: the "smart scalpel". J Biomed Optics 5; 375-382 (2000)].
Bereits Anfang der neunziger Jahre wurde in den US-Patenten US 5 217 455 (Tan/1993) und US 5 312 395 (Tan/1994) der Einsatz von NIR-Lasern zur Therapie von vaskulären Läsionen beschrieben, wobei NIR-Laserwellenlängen von 600 bis 1100 nm, Fluencen von 1 bis 20 J/cm2, Pulsdauern von 10 ns bis 300 ns sowie Strahldurchmesser der Laserapplikatoren von 1 bis 100 mm beansprucht worden sind. Laserpulsdauern < 300 ns waren allerdings nicht zur Behandlung vaskulärer Läsionen geeignet, allenfalls zur Zersprengung von subkutanen Farbpartikeln (Tattoos). Blitzlampengepumpte, grüne Nd:YAG-Laser (532 nm) bis zu 10 ms Dauer und 1 J/cm2 sind für vaskuläre Anwendungen patentiert worden [US 5 558 667 (Yarborough/1996)]. NIR-Laser wurden zur selektiven Photothermolyse von Feuermalen (PWS) vorgeschlagen. Optimale NIR-Wellenlängen sollen bei 760 nm und 980 nm liegen [US 5 749 868 (Furumoto/1998)]. Auch gepulste Nd:YAG-Laser mit 1064 nm wurden zur kontrollierten thermischen Schädigung von Venen einbezogen [US 5 754 573 (Yarborough/1998); US 5 911 718 (Yarborough/1999)]. Raman-geshiftete Nd:YAG-Laser mit NIR-Wellenlängen bei 1,5 µm sollen Vorteile bei der Therapie tiefer Gefäße aufweisen, da sie im subepidermalen Gewebe effektiver das Wasser in den Blutgefäßen aufheizen und damit eine Koagulation bewirken können [US 5 897 549 (Tankovich/1999)]. Als allgemeine Methode einer NIR-Lasertherapie (800 bis 870 nm) wird das wiederholte Lasern, unterbrochen von einer jeweiligen Diagnose des Hautareals, beansprucht [US 5 464 436 (Smith/1995)]. Unmittelbar wiederholtes Lasern im gleichen Areal kann jedoch eine eher kontraproduktive Wirkung aufweisen. Die Verwendung von mehreren Wellenlängen in einem Laser-Therapiegerät entsprechend der jeweiligen vaskulären Läsion wurde in [DE 199 28 051 A1 (Katzer/2000)] beschrieben. Frühzeitig sind auch kühlende Anordnungen am Laserhandstück vorgesehen worden, mit denen durch Wasser, Kältespray oder thermoelektrische Mittel eine effektive Absenkung der Oberflächentemperatur der Epidermis (störende Melaninabsorption!) vorgenommen werden soll [US 5 282 797 (Chess/1994); US 5 486 172 (Chess/1996)]. The use of NIR lasers for the therapy of vascular lesions was already described in the US patents US 5 217 455 (Tan / 1993) and US 5 312 395 (Tan / 1994) at the beginning of the nineties, NIR laser wavelengths from 600 to 1100 nm, fluences from 1 to 20 J / cm 2 , pulse durations from 10 ns to 300 ns and beam diameter of the laser applicators from 1 to 100 mm have been claimed. However, laser pulse durations <300 ns were not suitable for the treatment of vascular lesions, at best for the disintegration of subcutaneous color particles (tattoos). Flash lamp-pumped, green Nd: YAG lasers (532 nm) up to 10 ms in duration and 1 J / cm 2 have been patented for vascular applications [US 5 558 667 (Yarborough / 1996)]. NIR lasers have been proposed for selective photothermolysis of fire stains (PWS). Optimal NIR wavelengths should be around 760 nm and 980 nm [US 5 749 868 (Furumoto / 1998)]. Pulsed Nd: YAG lasers with 1064 nm were also included for the controlled thermal damage to veins [US 5,754,573 (Yarborough / 1998); 5,911,718 (Yarborough / 1999)]. Raman-shifted Nd: YAG lasers with NIR wavelengths at 1.5 µm are said to have advantages in the treatment of deep vessels, since they are more effective in heating up the water in the blood vessels in subepidermal tissue and can thus cause coagulation [US Pat. No. 5,897,549 ( Tankovich / 1999)]. Repeated lasering, interrupted by a respective diagnosis of the skin area, is claimed as a general method of NIR laser therapy (800 to 870 nm) [US Pat. No. 5,464,436 (Smith / 1995)]. However, immediately repeated lasering in the same area can have a rather counterproductive effect. The use of several wavelengths in a laser therapy device corresponding to the respective vascular lesion has been described in [DE 199 28 051 A1 (Katzer / 2000)]. At an early stage, cooling arrangements were also provided on the laser handpiece, with which water, cold spray or thermoelectric means should be used to effectively lower the surface temperature of the epidermis (disruptive melanin absorption!) [US 5,282,797 (Chess / 1994); US 5,486,172 (Chess / 1996)].
Durch minimal-invasive Techniken (Lichtleiter, Endoskope etc.) kann Laserlicht auch in tieferliegende Gewebeteile und Organe als durch einfaches Einstrahlen über die Oberfläche eingebracht und für die kosmetische Chirurgie verwendet werden [US 5 505 727 (Keller/1996)]. Eine minimal-invasive Variante zur Therapie variköser Venen besteht darin, mit einem CO2-Laser oder einer Glasfaserspitze ein kleines Loch durch die Hautoberfläche bis zur entsprechenden Varize zu bohren und dann eine Koagulation des Blutgefäßes mit Laserstrahlung vorzunehmen [US 5 531 739 (Trelles/1996), US 5 552 813 (Trelles/1996), US 5 578 029 (Trelles/1996); US 5 733 277 (Pallarito/1998); US 5 807 385 (Keller/1998); US 5 984 915 (Loeb/1999)]. Abgesehen davon, dass hiermit kleinere Varizen kaum zu erfassen sind, erfordert dieses Verfahren eine Vielzahl einzelner Laserpunktionen pro Gefäßabschnitt, so dass lange Behandlungszeiten und eine hohe Infektionsgefahr die Folge wären. Aus der photodynamischen Laser-Therapie stammt der minimal-invasive Ansatz, vaskuläre wie neoplastische Läsionen lokal mit einem Photosensitizer anzureichern und anschließend mit Laserlicht zu bestrahlen, wodurch eine Photothrombose zu einem Gefäßverschluss führen soll [US 5 558 667 (Yarborough/1996)]. Ein Vorteil dieser Therapie sollen niedrigere Fluencen im Vergleich zur nichtinvasiven Lasertherapie sein; allerdings kann auch hier ein erneutes Wachstum der Gefäße nicht ausgeschlossen werden. Using minimally invasive techniques (light guides, endoscopes etc.) Laser light also in deeper tissue parts and organs than by simple irradiation introduced over the surface and used for cosmetic surgery are [US 5 505 727 (Keller / 1996)]. A minimally invasive alternative to therapy varicose veins is a small one with a CO2 laser or a glass fiber tip Then drill a hole through the skin surface to the appropriate varice to perform a coagulation of the blood vessel with laser radiation [US 5,531,739 (Trelles / 1996), US 5,552,813 (Trelles / 1996), US 5,578,029 (Trelles / 1996); US 5 733 277 (Pallarito / 1998); U.S. 5,807,385 (Keller / 1998); US 5,984,915 (Loeb / 1999)]. apart This procedure requires that small varices can hardly be detected with this a large number of individual laser punctures per vessel section, so that long Treatment times and a high risk of infection would be the result. From the The minimally invasive approach, vascular like, comes from photodynamic laser therapy Enrich neoplastic lesions locally with a photosensitizer and then with To irradiate laser light, causing photothrombosis to a vascular occlusion should lead [US 5 558 667 (Yarborough / 1996)]. One advantage of this therapy is said to be lower fluence compared to non-invasive laser therapy; however can A renewed growth of the vessels cannot be ruled out here either.
Auch Diodenlasersysteme sind bereits für den Einsatz bei vaskulären Läsionen vorgeschlagen worden, wobei erfindungsgemäß mit Laserstrahlung mit Wellenlängen von 700 bis 1100 nm, Fluencen von 5 bis 100 J/cm2 und Pulsdauern bis zu 100 ms gearbeitet werden soll [US 5 658 323 (Miller/1997); US 5 707 403 (Grove/1998); US 5 879 376 (Miller/1999); US 6 027 495 (Miller/2000); US 6 096 029 (O'Donnel/2000); US 6 149 644 (Xie/2000)]. Gepulste NIR-Laser werden zur Behandlung von Hautkrankheiten wie Psoriasis vorgeschlagen. Durch die große Eindringtiefe der NIR- Strahlung sollen abnormale Blutgefäße unter psoriatischem Plaque selektiv bis in eine Tiefe von 1 mm beseitigt werden [US 5 527 350 (Grove/1996)]. Infrarot-Laser lassen sich zur Gefäßtherapie des Augenhintergrundes einsetzen, wobei aufgrund des transparenten Augeninneren eine relativ einfache Strahlungseinkopplung sowie Einschätzung des Therapieerfolges über eine Video-Kamera erfolgen kann, wobei das Videobild eine einfache Steuerung des Therapie-Lasers ermöglichen soll [US 5 400 791 (Schlier/1995)]. Ein ähnliches Konzept wird zum automatisierten Lasertracking in der Gefäßtherapie wie bei Besenreisern vorgeschlagen, wobei eine CCD-Kamera die variköse Gefäßstruktur aufnimmt und mittels der Bildinformationen die manuelle/programmgesteuerte Positionierung des Laserstrahls im Therapieareal ermöglicht werden soll [US 5 653 706 (Zavislan/1997); US 5 860 967 (Zavislan /1999)]. Im US-Patent [US 6 015 404 (Altshuler/2000)] wird ein dermatologisches Lasersystem mit einer sogenannten Feedback-Kontrolle durch einen akustischen Temperatursensor, der sich im Laserhandstück in Kontakt mit der Haut befindet, beschrieben. Mit einem ersten Laserpuls geringer Fluence soll zunächst eine Vordiagnostik des zu therapierenden Hautareals durchgeführt werden; die größere Fluence des zweiten Laserpulses wird entsprechend eingestellt und sorgt für die therapeutische Wirkung. Damit soll eine on line-Kontrolle des Lasergerätes möglich sein. Eine Methode zur Kontrolle der Hauttemperatur bei der Photokoagulation von Gefäßen mit einem Nd:YAG-Laser besteht in der Strahlungstemperaturmessung der Haut, womit die Kältespray-Applikation gesteuert werden soll [US 5 979 454 (Anvari/1999)]. In einem weiteren Patent wurde zur Hauttemperaturüberwachung ein Thermoelement im Laserhandstück (in Kontakt mit der Haut) verwendet [US 6 096 029 (O'Donnel/2000)]. Nachteilig an diesem Verfahren sind sowohl die hohen Zeitkonstanten als auch die Wärmeübergangswiderstände, die keine genaue Temperaturaussage im Gefäßbereich erlauben. Diode laser systems have also already been proposed for use in vascular lesions, laser radiation with wavelengths from 700 to 1100 nm, fluctuations from 5 to 100 J / cm 2 and pulse durations of up to 100 ms to be used according to the invention [US Pat. No. 5,658,323 (Miller / 1997); U.S. 5,707,403 (Grove / 1998); U.S. 5,879,376 (Miller / 1999); U.S. 6,027,495 (Miller / 2000); U.S. 6,096,029 (O'Donnel / 2000); US 6,149,644 (Xie / 2000)]. Pulsed NIR lasers are proposed for the treatment of skin diseases such as psoriasis. The large penetration depth of the NIR radiation is intended to selectively remove abnormal blood vessels under psoriatic plaque to a depth of 1 mm [US Pat. No. 5,527,350 (Grove / 1996)]. Infrared lasers can be used for vascular therapy of the fundus of the eye, whereby due to the transparent inside of the eye, a relatively simple coupling of radiation and assessment of the therapy success can take place via a video camera, the video image being intended to enable simple control of the therapy laser [US 5 400 791 ( Schlier / 1995)]. A similar concept is proposed for automated laser tracking in vascular therapy as for spider veins, wherein a CCD camera records the varicose vascular structure and the image information is used to enable manual / program-controlled positioning of the laser beam in the therapy area [US 5 653 706 (Zavislan / 1997) ; 5,860,967 (Zavislan / 1999)]. In the US patent [US 6 015 404 (Altshuler / 2000)] a dermatological laser system with a so-called feedback control by an acoustic temperature sensor, which is in contact with the skin in the laser handpiece, is described. With a first laser pulse of low fluence, a preliminary diagnosis of the skin area to be treated is to be carried out first; the larger fluence of the second laser pulse is set accordingly and ensures the therapeutic effect. An on-line control of the laser device should thus be possible. One method for checking the skin temperature when photocoagulating vessels with an Nd: YAG laser is to measure the radiation temperature of the skin, with which the cold spray application is to be controlled [US Pat. No. 5,979,454 (Anvari / 1999)]. In a further patent, a thermocouple was used in the laser handpiece (in contact with the skin) for skin temperature monitoring [US 6 096 029 (O'Donnel / 2000)]. A disadvantage of this method are both the high time constants and the heat transfer resistances, which do not allow precise temperature information in the vessel area.
Spektroskopische Methoden zur Charakterisierung von biologischen Geweben beruhen auf dem Nachweis der Remission im ultravioletten, sichtbaren und naheninfraroten Spektralbereich sowie der Fluoreszenz. Der Nachweis von Gewebeschädigungen bei einer Lasertherapie mittels optisch-spektroskopischer Methoden wurde allgemein in [US 6 015 404 (Altshuler/2000)] beansprucht. Ein ähnlicher spektralsensorischer Ansatz wird auch aus der Patentschrift [DE 199 28 051 A1 (Katzer/2000)] deutlich, wo zunächst spektral aufgelöste Intensitätswerte der Hautareale vor einer Lasertherapie ausgewertet werden. Aus dem Vergleich mit spektralen Datensätzen von vaskulären Läsionen wird dann die optimale Wellenlänge von Gefäß-Lasern ausgewählt, die zur Therapie eingesetzt werden soll. Ein spektroskopisches Gerät und Verfahren zur berührungslosen, abstandskontrollierten Remissionssensorik für Hautgewebe wurde in [DE 199 34 038 A1 (Schmidt/2001)] dargestellt. Zur Steuerung eines UV-Ablationslasers soll die charakteristische Remission der Haut, besonders der Pigmentierung und der Blutgefäße, mit einem weiteren Spektralsensor verwendet werden [38 US 6 165 170 (Wynne/2000)]. Die hier beschriebenen optischen Merkmale (Hautfarbe; Auftreten von Punktblutungen) dienen allerdings der Steuerung der Ablationstiefe eines UV-Lasers und haben keinen Bezug zur nichtinvasiven vaskulären Therapie. Weiterhin wird zur Steuerung eines Ablationslasers bei Brandverletzungen eine spektroskopische Methode vorgeschlagen, mit der über Fluoreszenz- und Remissionsmessungen zwischen unverletztem und nekrotischem Gewebe unterschieden werden soll [US 5 701 902 (Vari/1998)]. In einem Endoskop wird in Ergänzung zur Biopsie eine spektroskopische Kontrolle vorgesehen, die auch bei vaskulären Erkrankungen zum Einsatz kommen soll [US 5 843 000 (Nishioka/1998)]. Die remissionsspektroskopische Bestimmung von Blutbestandteilen wie Glucose wird in [US 5 935 062 (Messerschmidt/1999)] beansprucht. Zur Auswertung von Remissionsspektren wird als allgemeine Methode die Verwendung von spektralen Datensets und Look-Up- Tafeln angegeben [US 6 115 673 (Malin/2000)]. Spectroscopic methods for the characterization of biological tissues are based on the detection of remission in the ultraviolet, visible and near infrared spectral range and fluorescence. Evidence of Tissue damage during laser therapy using optical spectroscopic methods was generally claimed in [US 6 015 404 (Altshuler / 2000)]. A similar one spectral sensor approach is also from the patent [DE 199 28 051 A1 (Katzer / 2000)] clear where initially spectrally resolved intensity values of the skin areas before one Laser therapy can be evaluated. From the comparison with spectral data sets from vascular lesions then become the optimal wavelength of vascular lasers selected to be used for therapy. A spectroscopic device and Method for non-contact, distance-controlled remission sensors for Skin tissue has been described in [DE 199 34 038 A1 (Schmidt / 2001)]. To control a UV ablation laser is said to be the characteristic remission of the skin, especially the Pigmentation and blood vessels, used with another spectral sensor [38 US 6 165 170 (Wynne / 2000)]. The optical features described here (Skin color; occurrence of spot bleeding) are used to control the Depth of ablation of a UV laser and have no relation to the non-invasive vascular Therapy. It is also used to control an ablation laser in the event of fire injuries proposed a spectroscopic method using fluorescence and Remission measurements between undamaged and necrotic tissue a distinction should be made [US 5,701,902 (Vari / 1998)]. An endoscope is used to supplement A biopsy provided for a spectroscopic control, even with vascular Diseases should be used [US 5 843 000 (Nishioka / 1998)]. The reflectance spectroscopic Determination of blood components such as glucose is described in [US 5 935 062 (Messerschmidt / 1999)]. For the evaluation of reflectance spectra as a general method the use of spectral data sets and look-up Tables indicated [US 6 115 673 (Malin / 2000)].
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Anordnung eine sensorgesteuerte, selektive Lasertherapie von varikösen Blutgeweben und pathologischen Hautgeweben zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des ersten Patentanspruchs gelöst. Es wird also ein Laserhandstück mit einem Mehrfach-Sensorsystem zur Diagnostik von Blutgefäßen und Hautgeweben angeordnet, dessen Ausgangssignale zur Steuerung von Parametern eines Lasertherapiegerätes wie der Fluence, der Pulsbreite und der Pulsfrequenz verwendet werden. Dadurch wird es möglich, eine auf das Therapieareal, angepasste Laserbestrahlung vorzunehmen und thermische Nebenwirkungen im Gewebe zu vermeiden. Außerdem werden die Sensorsignale zur geometrischen Lagesteuerung des Laserhandstücks über dem zu therapierenden Hautareal abgewandt. Dadurch gelingt eine exakte Positionierung des Laserhandstücks über großen und flächigen Varizen, und man vermeidet eine schädliche Bestrahlung normaler Hautgewebe oder bereits bestrahlter Hautareale. Das Kernstück des Mehrfach-Sensorsystems besteht dabei aus einer oder mehreren spektroskopischen Messeinrichtungen, vorzugsweise im sichtbaren und nahen-infraroten Wellenlängenbereich. Darüber hinaus sind Temperatur-, Druck-, Ultraschall- und Bildaufnahmesensoren in das Laserhandstück integriert. Außerdem ist die erfindungsgemäße Sensorlösung als Ergänzung von Geräten zur dauerhaften Haarentfernung (Epilationslaser) anwendbar. The invention has for its object with an arrangement sensor-controlled, selective laser therapy of varicose blood tissue and pathological To enable skin tissues. According to the invention, this object is achieved by Characteristic of the first claim solved. So it becomes a laser handpiece with a multiple sensor system for the diagnosis of blood vessels and Skin tissues arranged, the output signals for controlling parameters of a Laser therapy device such as the fluence, the pulse width and the pulse frequency are used become. This makes it possible to have one that is adapted to the therapy area Make laser radiation and avoid thermal side effects in the tissue. In addition, the sensor signals for geometric position control of the Laser handpiece facing away from the skin area to be treated. This makes it possible exact positioning of the laser handpiece over large and flat varices, and one avoids harmful radiation to normal skin tissues or already irradiated skin areas. The core of the multiple sensor system consists of one or more spectroscopic measuring devices, preferably in visible and near-infrared wavelength range. In addition, temperature, Pressure, ultrasound and image recording sensors integrated in the laser handpiece. In addition, the sensor solution according to the invention is a supplement to devices for permanent hair removal (epilation laser) applicable.
Die erfindungsgemäße Lösung zur sensorgesteuerten selektiven Lasertherapie von Blutgefäßen und Hautgeweben ist für die Steuerung und Regelung von medizinischen Lasergeräten geeignet. Herkömmliche Sklerosierungsverfahren mittels minimal-invasiver Injektionen in variköse Gefäße sind im allgemeinen schwierig bei kleinen Durchmessern zu handhaben und erlauben nicht immer befriedigende Therapieergebnisse. Als Nebenwirkungen können Pigmentverschiebungen, Wunden und Narben auftreten. Häufig tritt ein teleangiektatisches Matting als kapillare Aussprossung kleinster Gefäße auf. Auch bei einer herkömmlichen Sklerotherapie großer Varizen werden nicht alle weitverzweigten ektatischen Gefäße erreicht. Daher hat sich die Lasertherapie vaskulärer Erkrankungen zur Methode der Wahl entwickelt. The solution according to the invention for sensor-controlled selective Laser therapy of blood vessels and skin tissues is used to control and regulate medical laser devices. Conventional sclerotherapy using Minimally invasive injections into varicose vessels are generally difficult small diameters to handle and do not always allow satisfactory Therapy results. Side effects can include pigment shifts, wounds and Scars occur. Telangiectatic matting often occurs as capillary Sprouting of the smallest vessels. Also great with conventional sclerotherapy Varices are not reached in all ramified ectatic vessels. Therefore has laser therapy for vascular diseases has become the method of choice.
Nachteile bekannter Lasergeräte und Laserhandstücke bestehen besonders in nicht an die Gefäßerkrankung angepassten Laserparametern, wie der Wellenlänge, der Fluence und der Laserpulsdauer. Sie zeigen sich als thermische Schädigungen der Epidermis und Dermis sowie in einem wenig effizienten Therapieverlauf. Laserwellenlängen im sichtbaren Bereich haben eine zu geringe Eindringtiefe, um auch tieferliegende Varizen zu erreichen. Auch die unmittelbare Ausrichtung der Wellenlänge auf das Hämoglobin als wichtigstem Targetchromophor bei gelbem Laserlicht hat sich für die Gefäßtherapie als ungünstig herausgestellt, da durch die starke Strahlungsabsorption im Blut meist nur die oberen Abschnitte des Gefäßdurchmessers koaguliert werden und eine ungewollte Regeneration des Gefäßes wahrscheinlich ist. Bei noch kurzwelligerem blau-grünem Laserlicht ist die Strahlungsabsorption in der Epidermis so stark, dass hier thermische Nebenwirkungen unvermeidlich sind, die mitunter auch durch eine aufwändige Kühleinrichtung nicht vermieden werden können. Daher wird die Notwendigkeit einer spektralen Einschätzung des Bräunungszustandes der Haut deutlich. Andererseits kann die Notwendigkeit einer Kühleinrichtung sich bereits als nachteilig für die vaskuläre Therapie erweisen, da durch die Kühlung der Haut nicht nur die Epidermis betroffen ist, sondern auch die Dermis mit den zu therapierenden Gefäßen auf Temperaturen abgekühlt wird, die unter Umständen auch bei hohen Laserfluencen keine agglutinierenden Wirkungen mehr erlauben. Eine Nichtbeachtung der thermischen Relaxationszeiten von Hautgewebe mit Gefäßen führt bei zu geringer Laserpulsbreite und hoher Fluence zum Platzen der Blutgefäße mit Purpura-Folge sowie bei zu langer Pulsbreite zur thermischen Schädigung umliegender Hautgewebe. Bei gekühlten Laserhandstücken, die im Kontakt mit der Hautoberfläche angewendet werden, kann ein versehentlicher Kontaktverlust ebenfalls zu thermischen Nebenwirkungen führen. Disadvantages of known laser devices and laser handpieces do not particularly exist in laser parameters adapted to the vascular disease, such as the wavelength, the Fluence and the laser pulse duration. They show up as thermal damage to the Epidermis and dermis as well as in an inefficient course of therapy. Laser wavelengths in the visible range have too small a depth of penetration, too to reach deeper varices. Also the direct alignment of the wavelength on the hemoglobin as the most important target chromophore in yellow laser light turned out to be unfavorable for vascular therapy because of the strong Radiation absorption in the blood mostly only the upper sections of the vessel diameter be coagulated and an unwanted regeneration of the vessel is likely. With even shorter-wave blue-green laser light, the radiation absorption is in the Epidermis so strong that thermal side effects are inevitable here sometimes not even be avoided by a complex cooling device can. Therefore, the need for a spectral assessment of the Skin tanning condition clearly. On the other hand, the need for a Cooling device have already proven to be disadvantageous for vascular therapy, because of the Cooling the skin affects not only the epidermis but also the dermis the vessels to be treated is cooled to temperatures below Under certain circumstances, no agglutinating effects even with high laser fluxes allow. Failure to observe the thermal relaxation times of skin tissue with vessels leads to bursting if the laser pulse width is too small and the fluence is high of the blood vessels with purpura sequence and thermal pulse if the pulse width is too long Damage to surrounding skin tissue. For cooled laser handpieces that are in the Contact with the skin surface can be applied accidentally Loss of contact also leads to thermal side effects.
Erfindungsgemäß wird daher eine Messanordnung von einem Therapielaser, bevorzugt von einem Diodenlaser, mit einem Handstück zur sensor- und remissionsgesteuerten, selektiven Lasertherapie von Blutgefäßen und Hautgeweben vorgeschlagen. Diodenlaser sind kompakte, portable und zuverlässige Therapiegeräte. Die Strahlung von Diodenlasern mit einer NIR-Wellenlänge bei 810 nm besitzt eine große optische Eindringtiefe in Hautgewebe bis in den Bereich von 5 bis 10 mm. Durch die moderate Absorption von Hämoglobin kann das Targetchromophor gut zur tiefgründigen Agglutination und Koagulation in Blutgefäßen ausgenutzt werden, während die Absorption des störenden Pigments Melanin bereits stark reduziert ist. Die Wasserabsorption, die eine unspezifische Wirkung in allen Gewebeteilen ausweist, bleibt bei dieser Wellenlänge hinreichend klein. Durch eine Mehrfach-Sensoranordnung lassen sich gefäß- und hautgewebespezifische Parameter erfassen, die für eine Steuerung der Laserparameter sowie für eine Lagesteuerung des Laserhandstückes über dem zu therapierenden Areal verwendet werden. Die Verwendung der sensorgesteuerten Diodenlaseranordnung erlaubt bei der Gefäßtherapie eine deutliche Erweiterung behandelbarer Varizen- und Hauttypklassen. Das Schmerzempfinden bei und nach der Lasertherapie wird ebenfalls deutlich reduziert. Durch die geringere Melanin- Absorption wird eine wesentlich geringere Nachkühlzeit der therapierten Hautflächen im Vergleich zu den heute üblichen 20 Minuten (bei grünem Laserlicht) ermöglicht. Auch dadurch erreicht man eine effektivere Behandlung. According to the invention, a measurement arrangement is therefore used by a therapy laser, preferably from a diode laser, with a handpiece for sensor and remission-controlled, selective laser therapy of blood vessels and skin tissues proposed. Diode lasers are compact, portable and reliable therapy devices. The Radiation from diode lasers with a NIR wavelength at 810 nm has a large one optical penetration depth in skin tissue in the range of 5 to 10 mm. Through the moderate absorption of hemoglobin can help the target chromophore deep agglutination and coagulation in blood vessels can be exploited while the Absorption of the disruptive pigment melanin is already greatly reduced. Water absorption, which shows an unspecific effect in all tissue parts remains this wavelength is sufficiently small. Let through a multiple sensor arrangement vascular and skin tissue-specific parameters are recorded, which are used for control the laser parameters and for position control of the laser handpiece above the area to be treated. The use of sensor-controlled Diode laser arrangement allows a significant expansion in vascular therapy treatable variceal and skin type classes. The sensation of pain during and after the Laser therapy is also significantly reduced. Due to the lower melanin Absorption becomes a much shorter cooling time for the treated skin areas compared to today's 20 minutes (with green laser light). This also leads to a more effective treatment.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Laserhandstück mit einem Mehrfach-Sensorsystem realisiert, das als wesentliche Komponente einen oder mehrere Spektralsensoren enthält. Die Spektralsensoren sind als miniaturisierte Spektrometermodule mit Silizium-Zeilen für den sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm sowie mit InGaAs-Zeilen für den nahen infraroten Bereich von 1000 bis 2500 nm ausgeführt. Sie werden über eine spezielle Zeilenelektronik angesteuert und ausgelesen. Ein PC-gestütztes Auswertesystem bereitet die Remissionssignale nach bekannten Verfahren auf und setzt sie erfindungsgemäß in Steuersignale für das Lasergerät um. Derartige remissionsspezifische Auswertealgorithmen betreffen die Remissionsänderungen von einem nichttherapierten Gefäßabschnitt zu einem koagulierten (Farbumschlag von blau-rot zu grau-weißlich) oder Remissionsunterschiede zwischen krankhaftem und gesundem Hautgewebe zur exakten Positionierung des Laserhandstücks. Das Laserhandstück soll dabei sowohl in einer berührenden wie auch nichtberührenden Betriebsweise über der Haut eingesetzt werden können. Im berührenden Betriebsfall kann mit einem integrierten Kontaktkühler die restliche störende Wärme aus der Epidermis abgeführt werden. Da durch den Kontaktdruck Blut aus den Gefäßen gepresst wird, welches zur effizienten Lasertherapie benötigt wird, erfolgt die remissionsspektroskopische Sensorik erfindungsgemäß vorzugsweise berührungslos, indem die entsprechenden Lichtleiter kreisförmig um die Laserlichteinrichtung, jedoch in einem Abstand von einigen Millimetern oberhalb der Hautoberfläche angebracht sind. Dadurch wird gewährleistet, dass die varikösen Gefäße mit einer weitgehend ungestörten Mikrozirkulation detektiert werden können. Die Einhaltung eines konstanten Abstandes über der Haut wird in bekannter Weise im einfachsten Fall über einen mechanischen Abstandshalter oder mittels einem weiteren NIR-Remissionssensor einem oder Laser-Triangulationssensor vorgenommen. According to the invention, the object is achieved by a laser handpiece with a Multiple sensor system realized that as an essential component one or contains several spectral sensors. The spectral sensors are miniaturized Spectrometer modules with silicon lines for the visible wavelength range from 400 to 1000 nm and with InGaAs lines for the near infrared range of 1000 up to 2500 nm. They are controlled by special line electronics and read out. A PC-based evaluation system prepares the remission signals according to known methods and uses them according to the invention in control signals for the laser device around. Such remission-specific evaluation algorithms relate to the remission changes from an untreated vascular section to one coagulated (color change from blue-red to gray-whitish) or Differences in remission between pathological and healthy skin tissue for exact Positioning the laser handpiece. The laser handpiece should be in one touching as well as non-touching operation over the skin can. In touching operation, the integrated contact cooler can be used residual disruptive heat can be dissipated from the epidermis. Because through the Contact pressure blood is pressed out of the vessels, which for efficient laser therapy is required, the reflectance spectroscopic sensor system takes place according to the invention preferably without contact, by the corresponding light guide circularly around the Laser light device, but at a distance of a few millimeters above the Skin surface are attached. This ensures that the varicose Vessels with largely undisturbed microcirculation can be detected. Maintaining a constant distance above the skin is done in a known manner in the simplest case via a mechanical spacer or by means of a another NIR reflectance sensor or a laser triangulation sensor.
Erfindungsgemäß wird die spektrale Remission über eine Lichtleiteranordnung, die an die Form der Laserlichteinrichtung angepasst ist, aufgenommen. Dabei sind z. B. kreisförmig abwechselnd die Lichtleiter zur Bestrahlung mit Halogenlampenlicht sowie zur Detektion des remittierten Lichts angeordnet. Dadurch wird bei einer Bewegung des Laserhandstücks über ausgedehnteren Gefäßen die spektrale Remission sowohl vor als auch nach einer Laserbestrahlung nachweisbar. Durch Auswertung der Remission im noch nicht therapierten Areal können Gefäß- und Hauteigenschaften rechnerisch bestimmt und als Steuerparameter für das Lasergerät verwendet werden. Diese Steuersignale werden entweder über ein separates Display am Lasergerät angezeigt und dienen dem Operator als unterstützender Hinweis oder bewirken im Lasergerät selbst eine Veränderung von Fluence, Pulsbreite oder Frequenz in Richtung auf eine effizientere und nebenwirkungsärmere Therapie. According to the invention, the spectral remission is via a Light guide arrangement, which is adapted to the shape of the laser light device, added. there are z. B. circular alternating with the light guide for irradiation Halogen lamp light and arranged to detect the remitted light. This will help a movement of the laser handpiece over larger vessels the spectral Remission detectable both before and after laser radiation. By Evaluation of remission in the area not yet treated can vascular and Skin properties determined mathematically and as control parameters for the Laser device can be used. These control signals are either via a separate Display on the laser device and serve as a support for the operator Notice or cause a change in fluence, pulse width in the laser device itself or frequency in the direction of a more efficient therapy with fewer side effects.
Gemäß der Erfindung wird auch der Bräunungszustand der Haut remissionsspektroskopisch erfasst, als Melanin-Index quantitativ ausgedrückt und zur Steuerung der Laseranlage verwendet werden. Eine präoperative Bräunung kann ein Ausschließungsgrund für eine Lasertherapie sein. Zudem steigen bei starker Bräunung durch eine nichtabgestimmte Laserwellenlänge und Fluence die Schmerzempfindungen und die Nebenwirkungsgefahr an. Die VIS-NIR-Spektralsensorik gestattet darüber hinaus die Bestimmung physiologischer und morphologischer Gefäßparameter wie des relativen Wassergehalts, der relativen Sauerstoffsättigung sowie der Gefäßstruktur. Für die rechentechnische Auswertung der Spektren werden Haut-Gefäß- Modelle verwendet, die als inverses Problem für verschiedene Krankheitsbilder der Haut vorhanden sind oder geschaffen werden können. According to the invention also the tanning condition of the skin recorded by reflectance spectroscopy, expressed quantitatively as a melanin index and used for Control of the laser system can be used. Preoperative tanning can be a Reason for exclusion for laser therapy. In addition, increase with strong tanning due to a non-tuned laser wavelength and fluence Pain sensations and the risk of side effects. The VIS-NIR spectral sensors allow also the determination of physiological and morphological vascular parameters such as the relative water content, the relative oxygen saturation and the Vascular structure. For the computational evaluation of the spectra, skin-vascular Models used as an inverse problem for various clinical pictures Skin is present or can be created.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht in der Anordnung zusätzlicher Sensoren im Laserhandstück wie u. a. für Temperatur (Silizium- Widerstandssensor, Thermistor), Feuchte (kapazitiv, FET) und Kontaktdruck (Silizium-Sensor), mit denen beim berührenden Laserhandstück entsprechende Messwerte überwacht und mit Referenzwerten verglichen werden, die für eine effiziente und nebenwirkungsarme Therapie erforderlich sind. Diese sind entweder wie die Hauttemperatur bekannt oder werden wie der Kontaktdruck und Feuchte in Vorversuchen ermittelt und in der elektronischen Auswerteeinrichtung zur Referenzbildung abgespeichert. Bei einem nichtberührenden Laserhandstück lässt sich die Gewebetemperatur über einen Strahlungstemperaturmesser (Thermopile, pyroelektrischer Sensor) bestimmen. Dieses Messverfahren hat außerdem den Vorteil, dass nicht nur die Oberflächentemperatur sondern auch thermische Effekte in tieferen Schichten einbezogen werden. Another basic idea of the invention is the arrangement additional sensors in the laser handpiece such as u. a. for temperature (silicon Resistance sensor, thermistor), humidity (capacitive, FET) and contact pressure (Silicon sensor) with which the corresponding touching laser handpiece Measured values are monitored and compared with reference values that are efficient and Therapy with few side effects is required. These are either like that Skin temperature known or like the contact pressure and moisture in preliminary tests determined and in the electronic evaluation device for reference formation saved. With a non-touching laser handpiece, the tissue temperature can be via a radiation temperature meter (thermopile, pyroelectric sensor) determine. This measuring method also has the advantage that not only the Surface temperature but also thermal effects in deeper layers be included.
Die Erfindung ist weiterhin durch eine Messanordnung gekennzeichnet, die aus einem gepulsten Hochleistungs-Diodenlaser mit rotem Zielstrahllaser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 810 nm, einer Frequenz bis 4 Hz, einer variablen Energiedichte bis 64 J/cm2, einer variablen Pulsbreite bis 60 ms und einer Laserspotgröße bis zu 12 mm besteht. Die Lichtleiteinrichtung zur Laserstrahlzuführung ist vorzugsweise aus einem optischen Hohlraum-Leitersystem oder aus einem Bündel von LOH-Quarzglasfasern aufgebaut. Die Beleuchtungsquelle für die Remissionsuntersuchungen besteht aus einer 100 W-Wolfram-Halogenlampe, die aus einem stabilisierten Netzteil gespeist wird. LOH-Quarzlichtleiter sorgen für Lichtleitung zum Gewebe und leiten das remittierte Licht zu den Spektrometermodulen. Dabei sind für den VIS- und NIR-Bereich unterschiedliche Spektrometermodule vorgesehen, die von den jeweils n Detektor-Lichtleitern entweder im Multiplex angesteuert werden oder im Parallelbetrieb in n-facher Anzahl vorhanden sind. Die miniaturisierten Spektrometermodule haben vorzugsweise eine spektrale Auflösung von 5 nm im VIS-Bereich und von 10 nm im NIR-Bereich. Weiterhin ist über ein IR- Lichtleiterbündel (z. B. aus As-Te-Glas) ein integrierter Temperaturstrahlungsdetektor realisierbar. Schließlich sorgt eine Auswerte-Steuerungs-Elektronik (Build-In- Computer aus PC-Card- oder Mikrorechner-Baugruppen) für eine Steuerung des Lasergerätes, die Kommunikation zwischen den Baugruppen und die Auswertung der Signale des Mehrfachsensorsystems. Mehrere Stromversorgungsbaugruppen stellen die nötigen Betriebsspannungen bereit. The invention is further characterized by a measuring arrangement consisting of a pulsed high-power diode laser with a red target beam laser, preferably with a wavelength of 810 nm, a frequency up to 4 Hz, a variable energy density up to 64 J / cm 2 , a variable pulse width up to 60 ms and a laser spot size up to 12 mm. The light guide device for the laser beam supply is preferably constructed from an optical cavity guide system or from a bundle of LOH quartz glass fibers. The illumination source for the remission examinations consists of a 100 W tungsten halogen lamp, which is fed from a stabilized power supply unit. LOH quartz light guides ensure light conduction to the tissue and direct the remitted light to the spectrometer modules. Different spectrometer modules are provided for the VIS and NIR range, which are either controlled in multiplex by the n detector light guides or are present n times in parallel operation. The miniaturized spectrometer modules preferably have a spectral resolution of 5 nm in the VIS range and 10 nm in the NIR range. An integrated temperature radiation detector can also be implemented using an IR light guide bundle (e.g. made of As-Te glass). Finally, evaluation control electronics (build-in computer made of PC card or micro-computer modules) ensure control of the laser device, communication between the modules and evaluation of the signals from the multiple sensor system. Several power supply modules provide the necessary operating voltages.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist, dass die Laserstrahlungsquelle und die Halogenlampenstrahlung über einen optischen Umschalter (Shutter) abwechselnd in die zentrale Lichtleiteinrichtung des Laserhandstücks eingekoppelt werden. Dadurch lassen sich vorteilhaft die remissionsspektroskopisch beobachteten Hautareale mit den zu therapierenden kombinieren. Weiterhin wird auf diese Art auch die Ankopplung einer CCD-Videokamera ermöglicht, wodurch in der Bestrahlungsphase mit der Halogenlampe ein Bild vom zu therapierenden Gewebe aufgezeichnet und nach einer Computerbildanalyse zur Lasersteuerung verwendet werden kann. Another basic idea of the invention is that the laser radiation source and the halogen lamp radiation via an optical switch (shutter) alternately coupled into the central light guide of the laser handpiece become. The reflectance spectroscopy can advantageously be observed in this way Combine skin areas with those to be treated. It continues in this way too the coupling of a CCD video camera enables, in which Irradiation phase with the halogen lamp recorded an image of the tissue to be treated and can be used for laser control after computer image analysis.
Gemäß der Erfindung werden die Signale der Mehrfach-Remissionssensoranordnung von größeren varikösen Gefäßen zur Anzeige der Verfahrrichtung des Laserhandstücks mittel einer mehrteiligen LED-Indikatoreinrichtung verwendet. Dies wird durch eine Ausnutzung unterschiedlicher spektraler Merkmale von varikösen Gefäßen, gelaserten Gefäßen sowie gesundem Gewebe erreicht. Ein eingeschaltetes Indikatorelement (z. B. eine LED) soll dabei dem Operator die Verfahrrichtung des Laserhandstücks anzeigen. According to the invention, the signals of the Multiple reflectance sensor arrangement of larger varicose vessels to display the direction of travel of the laser handpiece used by means of a multi-part LED indicator device. This is achieved by using different spectral features of varicose vessels, lasered vessels and healthy tissue. On indicator element that is switched on (e.g. an LED) is intended for the operator Show the direction of travel of the laser handpiece.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. The invention is explained below using an exemplary embodiment become.
Die Zeichnungen zeigen: The drawings show:
Fig. 1 Seitenansicht des Laserhandstückes mit Mehrfach-Sensorsystem Fig. 1 side view of the laser handpiece with multiple sensor system
Fig. 2 Draufsicht des Laserhandstückes entsprechend Fig. 1 FIG. 2 top view of the laser handpiece corresponding to FIG. 1
Fig. 3 Unteransicht des Laserhandstückes entsprechend Fig. 1 Fig. 3 bottom view of the laser hand piece according to Fig. 1
Fig. 4 Darstellung der Messanordnung Fig. 4 representation of the measuring arrangement
Das dieser Erfindung zugrunde liegende sensorgesteuerte Laserhandstück erfüllt wesentliche medizinisch-technische Anforderungen an eine selektive Lasertherapie von Blutgefäßen sowie Haut- und Wundgeweben. Dies betrifft die Durchführung effizienter und nebenwirkungsarmer, lasertherapeutischer Maßnahmen an Patienten, die dabei nur einer geringen Schmerzbelastung ausgesetzt sein sollen. The sensor-controlled laser handpiece on which this invention is based fulfills essential medical-technical requirements for a selective Laser therapy of blood vessels as well as skin and wound tissues. This affects the Implementation of efficient laser therapy measures with few side effects Patients who should only be exposed to minor pain.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind schematische Darstellungen des Laserhandstücks zur remissionsgesteuerten, selektiven Lasertherapie von Blutgefäßen und Hautgeweben mit Mehrfach-Sensorsystem in verschiedenen Ansichten dargestellt, die als sensorisches Kernstück eine remissionsspektroskopische Anordnung von Lichtleitern enthalten. Das Laserhandstück besteht aus einem portablen Gehäuse 1 mit einer seitlich angeordneten Kontaktkühleinrichtung 8. Die Laserstrahlungsübertragungseinrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Quarzkörper mit einem typischen Durchmesser von 10 mm und liegt auf dem zu therapierenden Hautareal auf. Zur Verbesserung der optischen und thermischen Ankopplung zwischen Laserhandstück und Hautgewebe (Laserphotonen 10) kann das Hautgewebe 9 mit einer dünnen Schicht Ultraschallgel überzogen sein. An der Lichtaustrittsfläche des Laserhandstückes befinden sich Halbleiter-Drucksensoren 6, die zur Einhaltung eines Kontaktdruckes des Laserhandstückes zwischen einem experimentell ermittelten oberen und unteren Grenzwert verwendet werden. Weiterhin ist an dieser Lichtaustrittsfläche ein Kontakttemperatursensor 7 zur Überwachung der oberflächlichen Hautgewebetemperatur angeordnet. Mit ihm soll die Überschreitung einer kritischen Hauttemperatur signalisiert werden, die durch eine zu große Laserstrahlungsleistung zu dauerhaften Epidermisschädigungen führt. Ringförmig um die Laserübertragungseinrichtung 2 ist eine Halogenlampen-Strahlungsübertragungseinrichtung 3 angeordnet, die aus einer größeren Anzahl von LOH-Quarzlichtleiterfasern besteht. Die Lichtleiter weisen eine hohe Transmission im Wellenlängenbereich von 400 bis 2500 nm auf. Dazwischen ist abwechselnd die ringförmige Remissions- Strahlungsübertragungseinrichtung 4 ebenfalls aus LOH-Quarzlichtleiterfasern angeordnet, so dass mit Glasfasern im Millimeter-Abstand das Hautgewebe 9 mit Halogenlampenlicht bestrahlt (emittierte Photonen 11) und das remittierte Licht aufgenommen werden kann (remittierte Photonen 12). Die Anzahl der jeweils angebrachten Sende- und Detektor-Lichtleiter soll möglichst groß sein und richtet sich nach den technologischen Fertigungsmöglichkeiten. Die Lichtleiteranordnungen 3 und 4 sind seitlich konzentrisch an der Laserübertragungseinrichtung 2 derartig angebracht, dass durch einen Abstand von einigen Millimetern über dem Hautgewebe eine berührungslose Messung der Remission ermöglicht wird. Dadurch sollen Verfälschungen durch den Kontaktdruck des Laserhandstückes vermieden werden. Durch die konzentrische Anordnung der Remissionslichtleiter 4 kann weiterhin bei beliebiger Verfahrrichtung des Laserhandstücks auf dem zu therapierenden Hautareal gewährleistet werden. Die bezüglich der Verfahrrichtung vorderen Quarzlichtleiter 4 nehmen die Remission des nicht gelaserten, untherapierten Hautareals auf, während die gegenüberliegenden, hinteren Quarzlichtleiter 4 die Remission des gelaserten, therapierten Hautareals registrieren. Durch eine geeignete Auswertung der Remissions- und anderen Sensorsignale kann daher bei der Gefäßtherapie eine ungewollte Mehrfach-Laserung des Hautgewebes vermieden oder bei größeren Gefäßen eine Anzeigeeinrichtung angesteuert werden, die dem Therapeuten bei der manuellen Bewegung des Laserhandstückes über der Haut einen Richtungshinweis liefert. Dazu sind auf der oberen Seite des Laserhandstücks elektronische Indikatoreinrichtungen 13 angebracht, die so angesteuert werden, dass die Fortbewegung in Richtung eines zu therapierenden Gefäßes durch einen leuchtenden LED-Pfeil gekennzeichnet wird. Dies ist nicht zuletzt deshalb notwendig, da die bevorzugte Verfahrrichtung des Laserhandstücks durch die Kontaktkühleinrichtung 8 vorgegeben ist. Diese liegt auf der Haut auf und kann die Lage der zu therapierenden Gefäße verdecken. Zur berührungslosen Bestimmung der Gewebetemperatur ist weiterhin eine Infrarotstrahlungs- Temperaturmesseinrichtung 5 vorgesehen, die aus einem Lichtleitermaterial gefertigt wird, welches sehr gut infrarote Strahlung bei 10 µm durchlässt. Gegenüber dem vorgenannten Kontaktthermometer 7 lassen sich hiermit Aussagen zum Temperaturverhalten des Hautgewebes ohne Druckbeeinflussung machen. In Figs. 1, 2 and 3 are schematic representations of the laser handpiece for remission controlled, selective laser therapy of blood vessels and skin tissues with multiple sensor system are shown in various views that contain as a sensory core a remission spectroscopic arrangement of light conductors. The laser handpiece consists of a portable housing 1 with a contact cooling device 8 arranged on the side. The laser radiation transmission device 2 essentially consists of a cylindrical quartz body with a typical diameter of 10 mm and lies on the skin area to be treated. In order to improve the optical and thermal coupling between the laser handpiece and the skin tissue (laser photons 10 ), the skin tissue 9 can be coated with a thin layer of ultrasound gel. Semiconductor pressure sensors 6 are located on the light exit surface of the laser handpiece and are used to maintain a contact pressure of the laser handpiece between an experimentally determined upper and lower limit value. Furthermore, a contact temperature sensor 7 for monitoring the superficial skin tissue temperature is arranged on this light exit surface. It is intended to signal that a critical skin temperature has been exceeded, which leads to permanent epidermal damage due to excessive laser radiation power. Annularly around the laser transmitting device 2, a halogen lamp radiation transmission means 3 is arranged, which consists of a larger number of LOH quartz optical fibers. The light guides have a high transmission in the wavelength range from 400 to 2500 nm. In between, the annular remission radiation transmission device 4 is also arranged, made of LOH quartz light guide fibers, so that the glass tissue 9 is irradiated with halogen lamp light (emitted photons 11 ) and the remitted light can be received (remitted photons 12 ) with glass fibers at millimeter intervals. The number of each attached transmitter and detector light guide should be as large as possible and depends on the technological manufacturing options. The light guide arrangements 3 and 4 are mounted laterally concentrically on the laser transmission device 2 in such a way that a contactless measurement of the remission is made possible by a distance of a few millimeters above the skin tissue. This is intended to avoid falsifications by the contact pressure of the laser handpiece. The concentric arrangement of the reflective light guides 4 can furthermore ensure that the laser handpiece is moved in any direction on the skin area to be treated. The front quartz light guides 4 with respect to the direction of travel record the remission of the non-lasered, untreated skin area, while the opposite, rear quartz light guides 4 record the remission of the lasered, treated skin area. By means of a suitable evaluation of the remission and other sensor signals, unwanted multiple lasering of the skin tissue can be avoided in vascular therapy or, in the case of larger vessels, a display device can be controlled which provides the therapist with a directional indication when the laser handpiece is moved manually over the skin. For this purpose, electronic indicator devices 13 are attached to the upper side of the laser handpiece and are controlled in such a way that the movement in the direction of a vessel to be treated is identified by a luminous LED arrow. This is not least necessary because the preferred direction of travel of the laser handpiece is predetermined by the contact cooling device 8 . This lies on the skin and can hide the position of the vessels to be treated. For non-contact determination of the tissue temperature, an infrared radiation temperature measuring device 5 is also provided, which is made of a light guide material which very well transmits infrared radiation at 10 μm. Compared to the aforementioned contact thermometer 7 , statements about the temperature behavior of the skin tissue can be made without influencing the pressure.
Die Messanordnung zur remissionsgesteuerten, selektiven Lasertherapie von
Blutgefäßen und Hautgeweben ist in Fig. 4: dargestellt und besteht aus einem
Lasergerät 14, vorzugsweise aus einem Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 810 nm,
einer Frequenz bis 4 Hz, einer variablen Energiedichte bis 64 J/cm2 und einer
variablen Pulsbreite bis 60 ms. Das Lasergerät 14 ist in seinen Betriebsparametern
wie Laserfluence, Pulsdauer und Pulsfrequenz durch die elektronische PC- oder
Mikrorechner-Steuerungsbaugruppe 17 einstell- oder regelbar. Die Laserstrahlung wird
durch eine Lichtleiteinrichtung 2 an das Laserhandstück mit einer Spotgröße bis zu
12 mm übertragen und tritt als eine Anzahl von Photonen 10 in das Hautgewebe 9
ein. Eine stabilisierte Wolfram-Halogen-Lampe mit einer Leistung bis zu 100 W dient
als spektroskopische VIS-NIR-Strahlungsquelle 15, deren Licht über ein
Glasfaserbündel geleitet und die im Laserhandstück als konzentrischer Ring ausgeführt wird.
Sie kann durch die Steuerungsbaugruppe 17 geschaltet werden. Die
Remissionssignale 12 werden in Fig. 2 durch einen LOH-Quarzlichtleiter 4 aufgenommen und
schematisch für alle konzentrisch angeordneten Detektorlichtleiter (Anzahl n) an das
VIS-NIR-Spektrometersystem 16 geführt. Im Eingang des VIS-NIR-
Spektrometersystems 16 befindet sich entweder ein optischer Multiplexer, der
nacheinander die n Detektorlichtleiter 4 an ein VIS-NIR-Spektrometersystem im seriellen
Betrieb anschaltet, oder es sind alternativ für einen Parallelbetrieb n VIS-NIR-
Spektrometersysteme angeordnet. Das miniaturisierte VIS-Spektrometermodul
besteht aus einem Glaskörper mit einem faseroptischen Eintritts-Querschnittswandler,
einem abbildenden, holografisch geblazten Gitter als dispersivem Element sowie
einer Silizium-Zeile in CCD- oder Diodentechnik. Die Silizium-Zeile weist eine Struktur
von 256 Pixel auf, die im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1150 nm eine
ausreichende Pixelauflösung von 3,2 nm gewährleisten. CCD-Zeilen haben einen größeren
Dynamikbereich und ein geringeres Rauschen als Diodenzeilen. Die Silizium-Zeilen
wandeln in bekannter Weise das spektral zerlegte Licht in elektrische Signale um, die
über herkömmliche elektronische Schaltungen wie Verstärker, Multiplexer und Analog-Digital-Umsetzer
der Auswerte- und Steuerungsbaugruppe 17 zugeführt werden.
In konstruktiv ähnlicher Weise ist das miniaturisierte NIR-Spektrometermodul mit
einer 128-er Diodenzeile aus InGaAs auf einem Quarzglaskörper aufgebaut. Für eine
hohe Rauschunterdrückung ist hier eine integrierte thermoelektrische Kühlung auf
0°C erforderlich. Bei einem Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 nm wird eine
Pixelauflösung von 6,25 nm erreicht, die bekanntlich für die stark überlappenden NIR-
Banden als ausreichend angesehen werden kann. Stromversorgungs- und
Nachweisschaltungen der weiteren Sensoren 5, 6, 7 entsprechen dem bekannten Stand
der Technik und sind in Fig. 4 nicht im einzelnen dargestellt. Die Auswerte- und
Steuerungsbaugruppe 17 mit den jeweiligen Stromversorgungsbaugruppen besitzt
einen PC-Card- oder Mikrorechnerkern, mit dem alle Ansteuerungsaufgaben für die
Spektrometerzeilen (Integrationszeit, Kompensation, Referenzierung), das
Lasergerät und die Halogenlampe sowie die rechentechnische Auswertung der Remissions-
und Sensorsignale vorgenommen werden. Dazu sind in der Auswerte- und
Steuerungsbaugruppe 17 die entsprechenden remissionsspektroskopischen Modelle,
Verfahren und Auswertealgorithmen gespeichert. Die zeitlichen Abläufe von
Laserbestrahlung und Detektion durch die Mehrfach-Sensorik werden durch die
Steuerungsbaugruppe 17 derart realisiert, dass für herkömmliche Verfahrgeschwindigkeiten im
Bereich von 1 cm/s eine on line-Steuerung des Laserhandstück mit einem Mehrfach-
Sensorsystem zur Diagnostik von Blutgefäßen und Hautgeweben ermöglicht wird.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 portablen Gehäuse des Laserhandstücks
2 Laserstrahlungsübertragungseinrichtung
3 Halogenlampen-Strahlungsübertragungseinrichtung
4 Remissions-Strahlungsübertragungseinrichtung
5 Infrarotstrahlungs-Temperaturmesseinrichtung
6 Kontaktdrucksensoren
7 Kontakttemperatursensor
8 Kontaktkühleinrichtung
9 Hautgewebe
10 Laserstrahlung
11 Halogenlampenstrahlung
12 remittierte Photonen
13 elektronische Indikatoreinrichtungen
14 Lasergerät
15 VIS-NIR-Strahlungsquelle
16 VIS-NIR-Spektrometersystem
17 Auswerte- und Steuerungsbaugruppe sowie Stromversorgungsbaugruppe
The measuring arrangement for remission-controlled, selective laser therapy of blood vessels and skin tissues is shown in FIG. 4: and consists of a laser device 14 , preferably a diode laser with a wavelength of 810 nm, a frequency up to 4 Hz, and a variable energy density up to 64 J / cm 2 and a variable pulse width up to 60 ms. The operating parameters of the laser device 14 , such as laser fluence, pulse duration and pulse frequency, can be set or regulated by the electronic PC or microcomputer control module 17 . The laser radiation is transmitted through a light guide device 2 to the laser handpiece with a spot size of up to 12 mm and enters the skin tissue 9 as a number of photons 10 . A stabilized tungsten-halogen lamp with an output of up to 100 W serves as a spectroscopic VIS-NIR radiation source 15 , the light of which is guided over a glass fiber bundle and which is designed as a concentric ring in the laser handpiece. It can be switched by the control module 17 . The reflectance signals 12 are recorded in FIG. 2 by an LOH quartz light guide 4 and are routed schematically to the VIS-NIR spectrometer system 16 for all concentrically arranged detector light guides (number n). In the input of the VIS-NIR spectrometer system 16 there is either an optical multiplexer which successively connects the n detector light guides 4 to a VIS-NIR spectrometer system in serial operation, or alternatively n VIS-NIR spectrometer systems are arranged for parallel operation. The miniaturized VIS spectrometer module consists of a glass body with a fiber-optic inlet cross-section converter, an imaging, holographically blazed grating as a dispersive element and a silicon line using CCD or diode technology. The silicon line has a structure of 256 pixels, which ensure a sufficient pixel resolution of 3.2 nm in the wavelength range from 300 nm to 1150 nm. CCD lines have a larger dynamic range and less noise than diode lines. The silicon lines convert the spectrally split light into electrical signals in a known manner, which are supplied to the evaluation and control module 17 via conventional electronic circuits such as amplifiers, multiplexers and analog-digital converters. The miniaturized NIR spectrometer module with a 128-row diode array made of InGaAs is constructed in a similar manner on a quartz glass body. Integrated thermoelectric cooling to 0 ° C is required for high noise suppression. With a wavelength range from 900 to 1700 nm, a pixel resolution of 6.25 nm is achieved, which, as is known, can be regarded as sufficient for the strongly overlapping NIR bands. Power supply and detection circuits of the further sensors 5 , 6 , 7 correspond to the known prior art and are not shown in detail in FIG. 4. The evaluation and control module 17 with the respective power supply modules has a PC card or microcomputer core with which all control tasks for the spectrometer lines (integration time, compensation, referencing), the laser device and the halogen lamp as well as the computational evaluation of the remission and sensor signals are carried out , For this purpose, the corresponding reflectance spectroscopic models, methods and evaluation algorithms are stored in the evaluation and control module 17 . The timing sequences of laser irradiation and detection by the multiple sensors are implemented by the control module 17 in such a way that on-line control of the laser handpiece with a multiple sensor system for the diagnosis of blood vessels and skin tissues is made possible for conventional travel speeds in the range of 1 cm / s becomes. List of reference numerals used 1 portable housing of the laser handpiece
2 laser radiation transmission device
3 halogen lamp radiation transmission device
4 remission radiation transmission device
5 infrared radiation temperature measuring device
6 contact pressure sensors
7 contact temperature sensor
8 contact cooling device
9 skin tissues
10 laser radiation
11 halogen lamp radiation
12 remitted photons
13 electronic indicator devices
14 laser device
15 VIS-NIR radiation source
16 VIS-NIR spectrometer system
17 Evaluation and control module as well as power supply module
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