(57)【要約】  本発明は、光パルスビーム（１０）を放射するのに適した光源（１）と、第１の繰り返し周波数（Ｆ１）でレーザパルスビーム（２０）を生成するのに適した光増幅器システム（２）と、を備える、皮膚科治療のためのパルスレーザシステムに関する。本発明によれば、レーザパルス（２０）の継続時間（ｄ）が１００フェムト秒〜１００ピコ秒の間であり、第１の繰り返し周波数（Ｆ１）が１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間であり、各レーザパルスは、１マイクロジュール以下の量のエネルギーを有し、パルスレーザシステムは、レーザパルスビーム（２０）を時間的に変調するための手段、及び／又はレーザパルスビーム（２０）を空間的に変調するための手段もまた備えるとともに、前記時間的変調手段及び／又は空間的変調手段は、治療対象表面上に蓄積されるエネルギーの密度を下げ、０．０００１Ｊ／ｃｍ２〜０．０１Ｊ／ｃｍ２の間であるエネルギーの密度を生成するのに適している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚科治療のためのパルスレーザシステムであって、光パルスレーザ（１０）を放射するのに適した光源（１）と、光パルスビーム（１０）を受け取り、第１の繰り返し周波数（Ｆ１）でレーザパルスビーム（２０）を生成するのに適した光増幅器システム（２）と、を備えるパルスレーザシステムにおいて、
レーザパルス（２０）の継続時間（ｄ）が１００フェムト秒〜１００ピコ秒の間であり、前記第１の繰り返し周波数（Ｆ１）が１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間であり、各レーザパルスは、１マイクロジュール以下の量のエネルギーを有し、前記パルスレーザシステムは、前記レーザパルスビーム（２０）を時間的に変調するための手段、及び／又は前記レーザパルスビーム（２０）を空間的に変調するための手段をさらに含むとともに、これらの時間的変調手段及び／又は空間的変調手段は、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を下げ、０．０００１Ｊ／ｃｍ２〜０．０１Ｊ／ｃｍ２の間のエネルギーの密度を生成するように適合されていることを特徴とするパルスレーザシステム。
【請求項２】
前記レーザパルスビーム（２０）を時間的に変調するための前記手段が、音響光学変調器（３）と、発電器（４）と、を備え、前記音響光学変調器（３）は、前記光増幅器システム（２）の出力に配置され、前記発電器（４）は、前記音響光学変調器（３）の電極に印加される無線周波数信号（４０）を生成するように適合され、前記無線周波数信号（４０）は、前記音響光学変調器（３）がレーザパルスのバースト（１００）を選択するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光増幅器システム（２）が光ポンピングデバイス（１２）と、電流−電圧源と、を含むとともに、前記レーザパルスビーム（２０）を時間的に変調するための前記手段が、前記光ポンピングデバイス（１２）の前記電流−電圧源に印加される無線周波数信号（４１）を生成するように適合された発電器（１４）を備え、前記無線周波数信号（４１）は、前記光増幅器システム（２）がレーザパルスのバースト（１００）を生成するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
レーザパルスのバースト（１００）の前記レーザパルスの強度を変調するようなやり方で、前記発電器（４、１４）が前記無線周波数信号（４０、４１）を時間的に変調するようにさらに適合されている、請求項２又は３に記載のシステム。
【請求項５】
レーザパルスのバースト（１００）が、１００〜１，０００，０００の間の数（Ｎ）のレーザパルスを含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザパルスビーム（２０）を空間的に変調するための前記手段が、ビーム走査デバイス（５）を備え、前記ビーム走査デバイス（５）は、前記治療対象表面領域の関心領域に蓄積されるエネルギーの前記密度を制限するようなやり方で、前記関心領域上で前記レーザパルスビーム（２０）を移動させるように適合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記ビーム走査デバイス（５）が、２つの横軸に沿って前記レーザビームを移動させるように適合されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記関心領域の前記光ビームの移動の速度が、０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの間である、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項９】
集光系をさらに備え、前記集光系が、約２０ｍｍ未満の直径を有するスポットに前記レーザビームを集中させるように適合されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光源（１）及び前記光増幅器システム（２）が、７００ｎｍ〜１０，６００ｎｍの間の波長で前記レーザパルスビーム（２０）を放射するように適合されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してレーザシステムの分野に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、人体又は動物の体に適用される皮膚科治療のためのパルスレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザパルスの使用は、科学、産業、又は医療分野で多数の用途に供されている。
【０００４】
皮膚科では、様々なレーザは、脱毛、皮膚の若返り、色素性のシミ、又はタトゥーの除去など、多数の用途に使用されている。
【０００５】
皮膚科用途に適した最新の利用可能なレーザは、熱型の光アブレーション効果を誘発する長い、高エネルギーのパルスを生成する。本明細書では、「長いパルス」とは、継続時間が数百ピコ秒（ｐｓ）よりも長いレーザパルス、概して、継続時間がサブナノ秒、ナノ秒、又はマイクロ秒であるパルスを意味する。「高エネルギーのパルス」とは、少なくともジュールのオーダのエネルギーを発生させるレーザパルスを意味する。このような長い、高エネルギーのパルスを発生させるレーザは、低いパルス繰り返し周波数で、概して、１０ヘルツ（Ｈｚ）未満で、例えば、１Ｈｚ〜１０Ｈｚの間で動作する。
【０００６】
最も知られている皮膚科のレーザシステムでは、ユーザ、例えば、皮膚科医はハンドピースを保持し、長い、高エネルギーの、低い繰り返し周波数のレーザパルスビームを、治療対象の皮膚の領域に当てることが可能である。レーザビームは、概して、数ミリメートルの直径を有する円形の領域全体に広がっている。レーザビームが治療対象表面領域全体をカバーする場合、レーザビームを移動させる必要はない。ある特定の場合において、ユーザは、ハンドピースを段階的に移動させて、皮膚の別の領域を治療する。さらに、スポットサイズは、これらのレーザ治療の空間分解能を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなレーザシステムの使用は、特に、患者に灼熱感を発生させ易い局所アブレーション及び／又は過熱の危険がないわけではない。さらに、皮膚科におけるある特定のレーザ治療の効率は不完全であり、例えば、タトゥーの除去に数回のレーザ治療セッションを必要とする。空間分解能を高めようとしてスポットを集中させると、レーザ強度を増大させることになり、これにより、過熱の危険がさらに大きくなることであろう。
【０００８】
最後に、治療法及び皮膚のタイプの多様性を考慮すると、それぞれのシステムが１つの用途に対して専用である、数個の特定のレーザシステムを有することが必要な場合が多い。
【０００９】
患者に対する過熱又は火傷の危険を低減する一方で、同時に、もっと効率の良い、侵襲性の低い、空間分解能が向上した皮膚科用途のためのレーザシステムを開発することが望ましい。先行技術のレーザシステムよりもコンパクトであり、且つ、安価な皮膚科治療用途のためのレーザシステムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
技術的現状の前述の欠点を改善するために、本発明は、皮膚科治療のためのパルスレーザシステムであって、光パルスビームを放射するのに適した光源と、光パルスビームを受け取り、第１の繰り返し周波数でレーザパルスビームを生成するのに適した光増幅器システムと、を備えるパルスレーザシステムを提案する。
【００１１】
より詳細には、本発明によれば、皮膚科治療のためのパルスレーザシステムが提案されており、このパルスレーザシステムでは、レーザパルスの継続時間（ｄ）が１００フェムト秒〜１００ピコ秒の間であり、第１の繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間であり、各レーザパルスは、１０マイクロジュール以下の量のエネルギーを有し、レーザパルスビームを時間的に変調するための手段、及び／又はレーザパルスビーム空間的に変調するための手段をさらに含むとともに、これらの時間的変調手段及び／又は空間的変調手段は、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を下げ、０．０００１Ｊ／ｃｍ２〜０．０１Ｊ／ｃｍ２の間のエネルギーの密度を生成するように適合されている。
【００１２】
第１の実施形態によれば、レーザパルスビームを時間的に変調するための手段は、音響光学変調器と、発電器と、を備えるとともに、音響光学変調器は、光増幅器システムの出力に配置され、発電器は、音響光学変調器の電極に印加される無線周波数信号を生成するように適合され、無線周波数信号は、音響光学変調器がレーザパルスのバーストを選択するように適合されている。
【００１３】
第２の実施形態によれば、光増幅器システムは、光ポンピングデバイスと、電流−電圧源と、を含むとともに、レーザパルスビームを時間的に変調するための手段が、光ポンピングデバイスの電流−電圧源に印加される無線周波数信号を生成するように適合された発電器を備え、無線周波数信号は、光増幅器システムがレーザパルスのバーストを生成するように適合されている。
【００１４】
特に有利な点として、発電器は、レーザパルスのバーストのレーザパルスの強度を変調するようなやり方で、無線周波数信号を時間的に変調するようにさらに適合されている。
【００１５】
好ましくは、レーザパルスのバーストは、１００〜１，０００，０００の間の数Ｎのレーザパルスを含む。
【００１６】
第３の実施形態によれば、レーザパルスビームを空間的に変調するための手段は、ビーム走査デバイスを備え、このビーム走査デバイスは、治療対象表面領域の関心領域に蓄積されるエネルギーの密度を制限するようなやり方で、関心領域上でレーザパルスビームを移動させるように適合されている。
【００１７】
特に有利な点として、ビーム走査デバイスは、２つの横軸に沿ってレーザビームを移動させるように適合されている。
【００１８】
好ましくは、関心領域での光ビームの移動の速度は、０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの間である。
【００１９】
別の特定の、且つ、有利な態様によれば、レーザシステムは、集光系をさらに含み、この集光系は、約２０ｍｍ未満の直径を有するスポットにレーザビームを集中させるように適合されている。
【００２０】
個々に、又は技術的に可能なすべての組み合わせに従って解釈される本発明による皮膚科治療のためのパルスレーザシステムの他の非限定的、且つ、有利な特徴は、以下の通りである。すなわち、
−光源及び光増幅器システムが、４８０ｎｍ〜１０，６００ｎｍの間の波長でレーザパルスビームを放射するように適合されている。
【００２１】
本発明は、皮膚科治療のためのパルスレーザビームを生成するための方法もまた提案する。この方法は、以下のステップ、すなわち、
−光パルスビームを放射し、光パルスビームを光学的に増幅して、第１の繰り返し周波数でレーザパルスビームを生成するステップであって、レーザパルスの継続時間（ｄ）が１００フェムト秒〜１００ピコ秒の間であり、第１の繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間であり、各レーザパルスが１マイクロジュール以下の量のエネルギーを有するステップと、
−治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を下げ、０．０００１Ｊ／ｃｍ２〜０．０１Ｊ／ｃｍ２の間のエネルギーの密度を生成するようなやり方で、レーザパルスビームを時間的に変調、及び／又はレーザパルスビームを空間的に変調するステップと、
を含む。
【００２２】
添付図面と関連した以下の説明は、非限定的な例として与えられるが、この説明により、本発明の構成要素が何であるか、及び本発明をいかに実装し得るかを良く理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ハイレートで長パルスのレーザによって生じた光強度を、時間の関数として概略的に示したものである。
【図２】第１の実施形態によるレーザシステムを概略的に示したものである。
【図３】第２の実施形態によるレーザシステムを概略的に示したものである。
【図４】第１の実施形態又は第２の実施形態によるレーザによって生じた光強度の第１の例を、時間の関数として概略的に示したものである。
【図５】第１の実施形態又は第２の実施形態によるレーザによって生じた光強度の第２の例を、時間の関数として概略的に示したものである。
【図６】第１の実施形態又は第２の実施形態によるレーザによって生じた光強度の第３の例を、時間の関数として概略的に示したものである。
【図７】第３の実施形態によるレーザシステムを概略的に示したものである。
【図８】第３の実施形態によるレーザシステムの動作を概略的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
デバイス及び方法
図１には、先行技術による長パルスを生成するレーザシステムによって生じた光強度が時間の関数として示されている。レーザパルス１１の継続時間は、ｄで表示されている。長パルスの場合、この継続時間ｄは１００ピコ秒（ｐｓ）よりも長く、概して、ナノ秒又はマイクロ秒のオーダである。レーザパルス１１の繰り返し周期は、Ｔで表示されている。繰り返し周期Ｔは、繰り返し周波数Ｆの逆数に等しい。長いレーザパルス１１の繰り返し周期Ｔは、概して、１０−１ｓ〜１ｓの間である。言いかえれば、レーザパルス１１の繰り返し周波数Ｆは、１Ｈｚ〜１０Ｈｚの間である。このようなレーザシステムは、繰り返し周波数Ｆで長いレーザパルス１１を生成し、１パルス当たりミリジュール又はジュールのオーダのエネルギーを発生させる。レーザパルスは、治療対象表面領域上の、数ミリメートルの直径を有する概して円形に広がる領域に当たっている。従来のタトゥー除去の用途では、レーザビームの直径は、概して、５ｍｍ程度である。従来の脱毛の用途では、レーザビームの直径は、概して、１８ｍｍ程度である。
【００２５】
このようなレーザシステムは、所与の時間の間、単位表面積当たりの量のエネルギーの蓄積を生成する。このエネルギー蓄積は、０．１Ｊ／ｃｍ２〜１００Ｊ／ｃｍ２の間であり、概して、ほぼ５００ｐｓ〜数ナノ秒のパルス継続時間を有するレーザパルス当たり１Ｊ／ｃｍ２程度である。治療対象領域の治療の継続時間は、概して、５分〜６０分の間である。このエネルギー蓄積範囲には、様々な物理的現象が関係している可能性がある。１ナノ秒（１０−９ｓ）よりも長い継続時間を有するレーザパルス１１の場合、レーザパルスビームの吸収は線形であり、組織の光アブレーションを誘発すると考えられる。１ナノ秒（１０−９ｓ）よりも短い継続時間及び１Ｊ／ｃｍ２程度のエネルギーの密度を有するレーザパルス１１の場合、レーザパルスビームの吸収は非線形であり、組織の光崩壊を誘発すると考えられる。
【００２６】
本開示は、約１００フェムト秒〜１００ピコ秒の間の、好ましくは、１０ｐｓよりも短い継続時間ｄを有する短レーザパルス又は超短レーザパルスを使用する、様々なレーザシステムを提案する。本開示によれば、レーザシステムは、第１の、１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間の高い繰り返し周波数Ｆ１でこれらの短レーザパルス又は超短レーザパルスを生成する。言いかえれば、短レーザパルス又は超短レーザパルスは、１００ｘ１０−１５ｓ〜１００ｘ１０−９ｓの間の第１の繰り返し周期Ｔ１を有する。各光パルスは、１００マイクロジュール以下の量のエネルギーを有する。さらに、レーザシステムは、レーザビームを時間的に変調するための手段、及び／又はレーザビームを空間的に変調するための手段を含み、これらの時間的変調手段及び／又は空間的変調手段は、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を下げるように適合されている。
【００２７】
特に有利な点として、本開示によるレーザシステムは、約０．０１平方ミリメートルの表面積、すなわち、先行技術による皮膚科治療のためのレーザシステムを用いる場合の約１０００分の１の表面積を有する領域にレーザビームを集中させるように適合された光学系を含む。
【００２８】
図２は、第１の実施形態による皮膚科治療のためのパルスレーザシステムを示す。レーザシステムは、レーザダイオード、ファイバレーザ、固体レーザ、色素レーザ又は気体レーザ技術に基づく。レーザシステムは、発振器１と、光増幅器２と、音響光学変調器３と、発電器４と、を含む。発振器１は、光パルスビーム１０を生成する。光増幅器２は、光パルスビーム１０を受け取り、レーザパルスビーム２０を生成する。
【００２９】
レーザパルスビーム２０は、概して、７００ｎｍ〜１０，６００ｎｍの間の波長を有する。レーザシステムによって生じたレーザパルス２０の継続時間ｄは、５００ｆｓ〜１００ｐｓの間であり、好ましくは、５０ｐｓよりも短い。生じたレーザパルスの第１の繰り返し周波数Ｆ１は、１ｋＨｚ〜１０Ｇｈｚの間である。
【００３０】
音響光学変調器３は、発電器４に接続されている。より正確に言えば、発電器４は、音響光学変調器３の電極に印加される無線周波数信号４０を生成するように適合されている。音響光学変調器３は、レーザパルスビーム２０を受け取り、時間的に変調されたレーザパルスビーム１００を発生させる。
【００３１】
第１の実施形態の第１の例によれば、発電器４は、第１の繰り返し周期Ｔ１よりも長い継続時間Ｔ３を有するドア形又は矩形の無線周波数信号４０を生成するように適合されている。第１の繰り返し周期Ｔ１は、第１の繰り返し周波数Ｆ１の逆数に等しく、すなわち、Ｔ１＝１／Ｆ１である。よって、音響光学変調器３は、パルスバーストとも呼ばれるマクロパルスを形成する複数のレーザパルスを選択する。したがって、音響光学変調器は、第１の繰り返し周期Ｔ１よりも長い継続時間Ｔ４の間、レーザパルスを遮断する。レーザパルスのこの時間的変調により、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を制限することが可能になる。好ましくは、このように蓄積されるエネルギーの密度は、１０μｍ〜２０ｍｍの間の直径、好ましくは、ほぼ１ｍｍ未満の直径を有する集中したスポット上で、０．０１Ｊ／ｃｍ２未満である。
【００３２】
マクロパルスの継続時間Ｔ３は、マクロパルス内のレーザパルスの数Ｎとレーザパルスの第１の繰り返し周期Ｔ１との積に等しい。マクロパルスの各レーザパルスは、１マイクロジュール以下の量のエネルギーを有する。
【００３３】
任意に、音響光学変調器３は、順次、数個のマクロパルスを生成するように適合されている。音響光学変調器は、第２の繰り返し周期Ｔ２を有する複数のマクロパルスを生成するように適合させることができる。第２の繰り返し周期Ｔ２は、矩形の継続時間Ｔ３と、２つの連続した矩形の間の継続時間Ｔ４との和に等しい。言いかえれば、無線周波数信号４０は、継続時間Ｔ４の間、ゼロである。継続時間Ｔ３及び継続時間Ｔ４を選択することにより、マクロパルスの継続時間Ｔ２と、本明細書では、第２の繰り返し周波数Ｆ２＝１／Ｔ２で表示されるマクロパルスの繰り返し周波数と、を変調することが可能になる。このようにして、音響光学変調器により、治療対象表面領域に当たるレーザパルスの数を減らし、蓄積されるエネルギーの密度を変調することが可能になる。
【００３４】
図４は、図２に概略的に図示されているレーザシステムによって生成される時間的に変調されたレーザパルスビーム１００の光強度を時間ｔの関数として図示し、この図では、発電器４は、矩形の無線周波数信号４０を印加する。この例では、マクロパルスの光パルスはすべて、ほぼ同じ光強度を有する。
【００３５】
一変形例によれば、発電器４は、継続時間Ｔ３の間に強度が変調され、継続時間Ｔ４の間ゼロである無線周波数信号４０を発生させる。より正確に言えば、継続時間Ｔ３の間、無線周波数信号４０は増加し、その後減少する。例えば、無線周波数信号４０は、継続時間Ｔ３の間、三角形の形状を有する。任意に、無線周波数信号４０は、継続時間Ｔ３と継続時間Ｔ４との和に等しい第２の繰り返し周期Ｔ２で、周期的である。例えば、図５に図示されているように、音響光学変調器３に印加されるこのような無線周波数信号４０により、継続時間Ｔ４の間、マクロパルスの外側だけではなく、各マクロパルスの内側でもレーザパルスを排除することによって、治療対象表面領域に当たるレーザパルスの光強度を変調することが可能になる。よって、Ｎ個のレーザパルスを含むとともに、レーザパルスの光強度が増加し、その後減少するマクロパルスが得られる。図５に図示されているように、このマクロパルスは、第２の繰り返し周期Ｔ２で、すなわち、第２の繰り返し周波数Ｆ２で周期的に繰り返すことができる。
【００３６】
別の代替例によれば、発電器４は、継続時間Ｔ３の間に強度が変調され、継続時間Ｔ４の間ゼロである無線周波数信号４０を発生させる。より正確に言えば、この別の代替例では、継続時間Ｔ３の間、無線周波数信号４０は増加し、次に一定になり、その後減少する。例えば、無線周波数信号４０は、継続時間Ｔ３の間、台形の形状を有する。任意に、無線周波数信号４０は、継続時間Ｔ３と継続時間Ｔ４との和に等しい第２の繰り返し周期Ｔ２で、周期的である。例えば、図６に図示されているように、音響光学変調器３に印加されるこのような無線周波数信号４０により、継続時間Ｔ４の間、マクロパルスの外側だけではなく、各マクロパルスの内側でもレーザパルスを排除することによって、治療対象表面領域に当たるレーザパルスの光強度を変調することが可能になる。よって、Ｎ個のレーザパルスを含むとともに、レーザパルスの光強度が増加し、数個の連続するパルスにわたって一定であり、その後減少するマクロパルスが得られる。図６に図示されているように、このマクロパルスは、第２の繰り返し周期Ｔ２で、すなわち、第２の繰り返し周波数Ｆ２で周期的に繰り返すことができる。
【００３７】
第２の実施形態によれば、レーザシステムは、音響光学変調器を有していないが、発電器１４を含んでいる。光増幅器２は、光ポンピングデバイス１２、例えば、１個又は数個のシングルモード若しくはマルチモードのレーザダイオード、或いは、１個又は数個の閃光ランプも含む。発電器４は、光ポンピングデバイスの電流−電圧源に接続されている。より正確に言えば、発電器１４は、光ポンピングデバイスの電流−電圧源に印加される無線周波数信号４１を生成するように適合されている。光増幅器２は、発振器から光パルスビーム１０を受け取り、時間的に変調されたレーザパルスビーム１５０を生成する。したがって、発電器１４により、光増幅器２によって増幅されるパルスの光強度を直接変調することが可能になる。
【００３８】
この第２の実施形態の第１の例によれば、発電器１４は、継続時間Ｔ３の間ゼロでない、例えば、矩形の形状の強度変調された無線周波数信号４１を発生させ、この無線周波数信号４１は、継続時間Ｔ４の間、ゼロである。したがって、この第１の例では、継続時間Ｔ３の間、無線周波数信号４１は一定である。任意に、無線周波数信号４１は、継続時間Ｔ３と継続時間Ｔ４との和に等しい第２の繰り返し周期Ｔ２で、周期的である。例えば、図４に図示されているように、光増幅器システム２の光ポンピングデバイス１２の電流−電圧源に印加されるこのような無線周波数信号４１により、マクロパルスの外側のレーザパルスを排除することによって、増幅されるレーザパルス１００の光強度を変調することが可能になる。よって、Ｎ個のレーザパルスを含むとともに、レーザパルスの光強度がＮ個の連続するパルスにわたって一定であるマクロパルスが得られる。図４に図示されているように、このマクロパルスは、第２の繰り返し周期Ｔ２で、すなわち、第２の繰り返し周波数Ｆ２で周期的に繰り返すことができる。
【００３９】
この第２の実施形態の第１の代替例によれば、発電器１４は、継続時間Ｔ３の間、例えば、三角形の形状の強度変調された無線周波数信号４１を発生させ、この無線周波数信号４１は、継続時間Ｔ４の間、ゼロである。したがって、この代替例では、継続時間Ｔ３の間、無線周波数信号４１は増加し、その後減少する。任意に、無線周波数信号４１は、第２の繰り返し周期Ｔ２で周期的である。例えば、図５に図示されているように、光増幅器システムの光ポンピングデバイスの電流−電圧源に印加されるこのような無線周波数信号４１により、マクロパルスの内側で増幅されるレーザパルスの光強度を変調することが可能になる。よって、Ｎ個のレーザパルスを含むとともに、レーザパルスの光強度が増加し、その後減少するマクロパルスが得られる。図５に図示されているように、このマクロパルスは、第２の繰り返し周期Ｔ２で、すなわち、第２の繰り返し周波数Ｆ２で周期的に繰り返すことができる。
【００４０】
この第２の実施形態の別の代替例によれば、発電器１４は、継続時間Ｔ３の間、例えば、台形の形状の強度変調された無線周波数信号４１を発生させ、この無線周波数信号４１は、継続時間Ｔ４の間、ゼロである。したがって、この代替例では、継続時間Ｔ３の間、無線周波数信号４１は増加し、その後減少する。任意に、無線周波数信号４１は、第２の繰り返し周期Ｔ２で周期的である。例えば、図５に図示されているように、光増幅器システムの光ポンピングデバイスの電流−電圧源に印加されるこのような無線周波数信号４１により、マクロパルスの内側で増幅されるレーザパルスの光強度を変調することが可能になる。よって、Ｎ個のレーザパルスを含むとともに、レーザパルスの光強度が増加し、数個の連続するパルスにわたって一定であり、その後減少するマクロパルスが得られる。図６に図示されているように、このマクロパルスは、第２の繰り返し周期Ｔ２で、すなわち、第２の繰り返し周波数Ｆ２で周期的に繰り返すことができる。
【００４１】
当業者には、無線周波数信号４０又は４１の形状、並びに継続時間Ｔ３及びＴ４を適合させて、考慮される用途及び皮膚科治療に応じてレーザパルスの光強度変調を得ることは容易であろう。
【００４２】
この第２の実施形態により、光増幅器のポンピング信号を変調して、レーザビームによって蓄積されるエネルギーの密度を０．０１Ｊ／ｃｍ２未満に制限するようなやり方で、マクロパルスを形成する複数のレーザパルスを選択することが可能になる。
【００４３】
レーザパルスビームのエネルギーが制限されているため、本開示により、さらに小さい表面領域上にレーザビームを集中させることが可能になる。よって、スポットは、先行技術の皮膚科レーザシステムによって生成されるレーザスポットの１０００分の１になる。数平方ミリメートルの表面積をカバーする代わりに、レーザビームは、約０．０１平方ミリメートルの表面積だけをカバーする。すなわち、ディスク上に集中されるレーザビームは、約５０〜１００マイクロメートルの直径を有する。しかしながら、ある特定の皮膚科治療は、数平方センチメートル〜数十平方センチメートルの、大きな表面領域上で実行しなければならない。約１０分の１ｍｍ未満の直径を有するレーザスポットを使用することは、相当な時間を要する可能性があり、このことが先験的に実行を思いとどまらせている。
【００４４】
しかしながら、本開示によれば、第１の繰り返し周波数Ｆ１が使用されるが、この周波数は、先行技術のレーザシステムの繰り返し周波数Ｆよりも１０，０００倍〜１００，０００倍高い。繰り返し周波数Ｆ１が非常に高いレーザシステムを使用することにより、治療対象表面領域上の累積効果を得て、非線形の光崩壊効果を誘発することが可能になる。言いかえれば、本開示のレーザシステムは、新たなレジーム（ｒｅｇｉｍｅ）において動作する。実際、この新たなレジームでは、個々のパルスはそれぞれ、光崩壊型の光学的破壊を発生させるのに十分なエネルギー又は光強度を有していない。しかしながら、非線形プロセスのおかげで、第１の繰り返し周波数Ｆ１での複数のレーザパルスの累積的な相互作用は、材料の構造的変化を誘発し、吸収作用が向上する。治療対象表面領域と、光強度閾値とによって決まる所定の数のパルスの後に、光崩壊現象が生じる。この新たな効果の主な関心は、皮膚上に蓄積されるエネルギーの密度が、好ましくは、０．０１Ｊ／ｃｍ２以下に制限され、これにより、アブレーション及び過熱という望ましくない現象から、皮膚科で治療される表面領域を保護することが可能になる、という事実に関係する。
【００４５】
第１の高い繰り返し周波数Ｆ１での一連のＮ個のマイクロジュールエネルギーのレーザパルスの累積的な相互作用により、例えば、内因性色素、外因性色素、メラニン又は皮脂の中から非限定的に選ばれた、関係する標的に応じて、選択的な光崩壊効果を得ることが可能になる。
【００４６】
第１の実施形態若しくは第２の実施形態とは別個に、又は第１の実施形態若しくは第２の実施形態と組み合わせて実装することが可能な第３の実施形態によれば、レーザシステムは、発振器１と、光増幅器システム２と、を含み、スキャナとも呼ばれるビーム走査デバイス５をさらに含む。電気制御及び同期システム６が、ビーム走査デバイス５に接続されている。ビーム走査デバイス５は、レーザチェーンの出力、本明細書では、光増幅器システム２の出力に配置されている。非制限的な例として、ビーム走査デバイス５は、２つの横軸を有するスキャナを含む。このようなビーム走査デバイス５により、治療対象表面領域上で２つの横方向に沿ってレーザビームを移動させることが可能になる。電気制御及び同期システム６は、ビーム走査デバイス５のそれぞれの軸上の移動の向き、方向、及び速度の制御を可能にする電気信号又は電子信号６０を生成する。
【００４７】
電気制御及び同期システム６並びにビーム走査デバイス５は、蓄積されるエネルギーの密度を、好ましくは、０．０１Ｊ／ｃｍ２未満に制限するようなやり方で、治療対象表面領域上でレーザビームを移動させるように構成されている。したがって、移動速度の関数として、所与の時間の間に、単位表面積当たり蓄積されるエネルギーの量を修正すること、すなわち、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を変調することが可能である。
【００４８】
図８は、ビーム走査デバイス５に組み合わせられたパルスレーザシステムの動作の一例を図示する。図８は、治療対象表面領域８０を示す。参照記号ＸＹは、治療対象表面領域８０の平面で示されている。この治療対象表面領域８０は、例えば、一辺が１ｍｍの四方にわたって延在している。光学系は、パルス当たりのエネルギーが低く、且つ、繰り返し周波数Ｆ１が高いレーザパルスビームを集中させて、治療対象表面領域８０にスポット２００を形成する。スポット２００は、形状が概して円形であり、約５００μｍの直径を有する。集光系は、ビーム走査デバイス５から上流又は下流に配置することができる。
【００４９】
治療は、例えば、治療対象表面領域８０の左上にレーザスポット２００を当てることによって開始される。ビーム走査デバイス５は、第１の移動速度Ｖ１で軸Ｘに沿ってレーザビームを移動させる。治療対象表面領域８０の縁部の近くに到達したビーム走査デバイス５は、軸Ｙに沿った移動を適用し、第１の移動速度Ｖ１を保ちながら軸Ｘに沿った方向を変更する。治療対象表面領域８０のもう一方の縁部の近くに到達したビーム走査デバイス５は、軸Ｙに沿った移動を適用し、Ｖ１よりも高速の第２の移動速度Ｖ２を適用しながら軸Ｘに沿った方向を変更した。治療対象表面領域８０の縁部の近くに到達したビーム走査デバイス５は、軸Ｙに沿った移動を適用し、第２の移動速度Ｖ２を保ちながら軸Ｘに沿った方向を変更する。移動速度は、８ｍ／ｓに達する場合があり、これにより、１ｍｍのスポットの場合、１ｃｍ２の治療対象表面領域８０をほぼ１３ｍｓ以内にカバーすることが可能になる。
【００５０】
移動速度により累積されるハイレートパルスの数が決められるため、所与の時間の間に、単位表面積当たり蓄積されるエネルギーの量を決めることが可能になる。よって、ビームが速度Ｖ２で移動する治療対象表面領域の領域と比較して、ビームが速度Ｖ１で移動する領域における方が、蓄積されるエネルギーの密度が高くなっている。
【００５１】
軸Ｘ又は軸Ｙに沿った移動速度は、概して、０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの間であり、好ましくは、５ｍ／ｓよりも高速である。
【００５２】
レーザビームは連続的に、又は段階的に移動させることができる。
【００５３】
第３の実施形態により、蓄積されるエネルギーの密度を強力に下げるように、高い繰り返し周期Ｆ１を有する低エネルギーのレーザパルスビームのエネルギーの密度を空間的に変調することが可能になる。よって、この第３の実施形態により、累積的な光崩壊非線形相互作用レジームに達することが可能になる。
【００５４】
特定の実施形態によれば、レーザシステムは、第１の実施形態又は第２の実施形態と関連して説明したように、レーザパルスの時間的変調を組み合わせてマクロパルスにし、レーザスポットは、第３の実施形態と関連して説明したように、治療対象領域上を移動する。レーザパルスビームの時間的変調と空間的変調とをこのように組み合わせることにより、蓄積されるエネルギーの密度の調節のダイナミクスを高めることが可能になる。所与の表面積に対するレーザ治療の合計継続時間を増やすことなく、レーザビームの空間分解能を向上させることもまた可能になる。
【００５５】
音響光学変調器とビーム走査デバイス５とを組み合わせた単一のレーザシステムにより、非常に広範囲のダイナミクスにわたって、繰り返し周波数が高く、且つ、低エネルギーのレーザパルスのエネルギーの密度を時間的にも空間的にも変調することが可能になる。
【００５６】
さらにもっと単純に言えば、光増幅器システムとビーム走査デバイス５とを組み合わせた単一のレーザシステムは、電気ＲＦ信号発生器が光増幅器システムの光ポンピングデバイスの電流−電圧源に接続されており、これにより、非常に広範囲のダイナミクスにわたって、繰り返し周波数が高く、且つ、低エネルギーのレーザパルスのエネルギーの密度を時間的にも空間的にも変調することが可能になる。
【００５７】
よって、第１の実施形態と第３の実施形態とを、又は第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた単一のレーザシステムにより、以前には複数個のレーザシステムを必要とした、多種多様な範囲の皮膚科治療を行うことが可能になる。
【００５８】
本開示によるレーザシステムは、本明細書では組織の累積的光崩壊と呼ばれる新たな相互作用レジームで動作するが、これは、数Ｎの、好ましくは超短パルスで、低エネルギーの、高い繰り返し周波数のレーザパルスの使用、並びにレーザビームの時間的変調及び／又は空間的変調に基づいて、治療対象表面領域上に蓄積されるエネルギーの密度を制限する。
【００５９】
本発明により、非常に小さいサイズのスポット上にビームを集中させることが可能になり、これにより、治療対象領域をより良好に標的化できるようになる。好ましくはビーム走査デバイスを用いて、レーザビームを移動させることによって、治療対象領域を空間的にカバーすることができる。このビーム走査は、治療対象表面領域８０のまわりの線を越えずに、この治療対象表面領域全体にレーザビームを当てるように、表面領域の輪郭に応じて調節することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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