DE19811627A1 - Vorrichtung für die Behandlung von Objekten mit Laserstrahlung, insbesondere für die Hautbehandlung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung für die Behandlung von Objekten, insbesondere die Hautbehandlung mit Laserstrahlung, sieht eine Laserstrahlungsquelle, ein vom Benutzer in der Nähe des zu behandelnden Objektes positionierbares Handstück (14), Mittel (12) zum Führen der Laserstrahlung von der Quelle zum Handstück und eine Steuerung für Parameter der auf das Objekt auftreffenden Laserstrahlung vor. Um die Bedienung der Vorrichtung möglichst einfach und wenig fehleranfällig zu machen, ist vorgesehen, daß eine Bedienungseinrichtung (18) für die Steuerung der Vorrichtung am Handstück (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung von Objekten, insbesondere die Hautbehandlung, mit Laserstrahlung, mit

• - einer Laserstrahlungsquelle,
• - einem Handstück, das vom Benutzer in der Nähe des zu behan­ delnden Objektes positionierbar ist und Einrichtungen aufweist zum Fokussieren und/oder Lenken der Laserstrahlung auf die Haut,
• - Mitteln zum Führen der Laserstrahlung von der Quelle zum Hand­ stück,
• - einer Steuerung für Parameter der auf die Haut auftreffenden Laserstrahlung, und
• - einer Bedienungseinrichtung, über die der Benutzer die Laser­ strahlungsparameter einstellen kann.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Blick auf den dermatologi­ schen Einsatz von Laserstrahlung erläutert. Zum Stand der Tech­ nik der dermatologischen Behandlung mit Laserstrahlung wird auf insbesondere folgenden Stand der Technik hingewiesen: Raimund Hibst und Roland Kaufmann in "Lasers in Medical Science", Vol. 6, 391, 1991, S. 392-397, und Roland Kaufmann und Raimund Hibst, in "Lasers in Surgery and Medicine", 19: 324-330, 1996.

Der Einsatz von Festkörper- und Gaslasern, wie z. B. mit Erbium dotierte Systeme oder CO₂-Laser, ermöglicht dem Dermatologen die therapeutische und kosmetische Behandlung der Haut. Beim Stand der Technik wird die Laserstrahlung mittels eines Spiegelge­ lenkarmes vom Lasergerät zum Behandlungsort geführt. Am Ende des Spiegelgelenkarmes befindet sich z. B. ein sog. Fokussierhand­ stück. Der Begriff "Handstück" bedeutet hier, daß der Benutzer, also z. B. der Dermatologe, das Handstück ergreift und in der Nähe oder direkt an der zu behandelnden Hautstelle positioniert, z. B. durch Auflegen auf die Haut. Am Handstück ist ein Ab­ standshalter vorgesehen, mit dem der Benutzer den Abstand zwi­ schen der zu behandelnden Hautfläche und der Fokussieroptik im Handstück einstellen kann. Bei gemäß dem Stand der Technik übli­ cherweise fest vorgegebenem Fokus der optischen Mittel am oder beim Handstück bestimmt der Abstand die Größe des sog. Laser­ flecks auf der Haut, das ist diejenige Fläche, auf die im we­ sentlichen die Laserstrahlung auftrifft. Bei der Behandlung muß der Arzt das Handstück zeitlich in Abhängigkeit von der Pulsfre­ quenz des Lasers über die zu behandelnde Fläche bewegen, um durch Überlagerung der Einzelimpulse eine gewünschte, flächige Behandlung, z. B. einen Abtrag, zu erreichen. Dabei hängt der Behandlungserfolg in hohem Maße von der Erfahrung und Geschick­ lichkeit des Arztes ab. Erschwert wird dieses Verfahren beim Stand der Technik dadurch, daß die Leistungsdichteverteilungen der Laserstrahlung in der Regel einer bestimmten Funktion in Ab­ hängigkeit vom Mittelpunkt der Strahlung folgen, z. B. kann die Leistungsdichteverteilung einer Gauß-Kurve oder auch einer Tra­ pez-Form folgen, gegebenenfalls mit Rotationssymmetrie. Der Arzt muß dann zum ganzflächigen Füllen der insgesamt zu behandelnden Fläche die einzelnen Strahlungspulse "nach Gefühl" überlappen lassen.

Um dieses Verfahren für den Arzt zu vereinfachen und die Behand­ lungserfolge sicherer zu machen, kennt der Stand der Technik be­ reits sogenannte 2-Achsen-Galvano-Scanner oder auch Schrittmoto­ ren, die am Ende des Spiegelgelenkarmes angeordnet sind. Die Vorrichtung weist eine Steuereinrichtung auf, um die Parameter des Lasergerätes einstellen zu können, also die Eigenschaften der Strahlung im weitesten Sinne, wie z. B. die Pulslänge, Puls­ frequenz, Pulsenergie, Form des Laserflecks, Form der zu be­ strahlenden Fläche, Größe der zu bestrahlenden Fläche, Überlap­ pung der Einzelpulse bei deren sukzessiver Führung über die Flä­ che, Abtast-Schrittweise, Variation der Pulsenergien, etc. Beim Stand der Technik ist die Bedienungseinrichtung für diese Steue­ rung, über die der Arzt die Parameter auswählt bzw. einstellt, am eigentlichen Lasergerät (der Laserstrahlungsquelle) oder an einem dieses Gerät aufnehmenden Gehäuse angeordnet, das übli­ cherweise auch den Spiegelgelenkarm abstützt.

Der Stand der Technik kennt auch bereits sog. Pilotstrahlen. Das sind gesonderte Strahlen, wie z. B. Laserstrahlen, die nicht für die Behandlung als solche herangezogen werden, sondern die dazu dienen, z. B. die Umrandung der zu behandelnden Fläche darzu­ stellen oder auch wahlweise die Position des Laserflecks der Be­ handlungsstrahlung anzuzeigen. Dieser Pilotstrahl hilft dem Arzt bei der Einstellung einiger Parameter, z. B. der Größe und Form der Scanfigur (also der von der Laserstrahlung abgetasteten Fi­ gur), und die Lage der Figur. Ist allerdings die Bedienungsein­ richtung entfernt von der Hautstelle, auf der der Pilotstrahl die Umrandung der Figur darstellt, angeordnet, muß der Arzt beim Einstellen der Parameter abwechselnd auf den Behandlungsort blicken und die Bedienungseinrichtung an anderer Stelle betäti­ gen. Dies macht das Einstellen der Parameter mühsam und feh­ leranfällig.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art für die Behandlung von Objekten, insbesondere die Derma­ tologie, mit scannender Laserstrahlung derart zu gestalten, daß die Bedienung vereinfacht und somit die Fehlerhäufigkeit redu­ ziert sind.

Die Erfindung löst dieses technische Problem dadurch, daß die Bedienungseinrichtung am Handstück angeordnet ist. Somit braucht der Arzt bei der Einstellung der Laserstrahlungsparameter den Blick nicht mehr hin- und herzuwenden, vielmehr kann er insbe­ sondere die obengenannten Laserstrahlungsparameter auswählen und variieren und hat dabei sowohl die Bedienungseinrichtung als auch den Pilotlaserstrahl im Blick. Der Arzt kann also vor Durchführung der Behandlung auch die für den Scanner maßgebli­ chen Parameter einstellen und nach erfolgter Vorauswahl und Ein­ stellung aller Parameter kann der Arzt über eine ebenfalls in der Bedienungseinrichtung vorgesehene Betätigungstaste die Vor­ richtung freigeben, so daß die Steuerung anschließend vollauto­ matisch das gesamte Behandlungsprogramm durchführt, gegebenen­ falls ist auch eine Absicherung mittels eines Fußtasters mög­ lich.

Die Bedienungseinrichtung ist mit der Steuerung so gekoppelt, daß alle Eingaben, sofern sie überhaupt grafisch darstellbar sind, sofort mittels des Pilotlaserstrahles dargestellt werden. Stellt also der Arzt z. B. die Form der Behandlungsfläche ein, z. B. eine Kreisform oder besonders bevorzugt ein regelmäßiges Sechseck, bildet der Pilotlaserstrahl in einer auf der Haut be­ sonders gut erkennbaren Farbe sofort diese Form ab. Der Arzt be­ nötigt somit nur noch eine Hand zum Halten des Handgerätes, wo­ bei er mit den Fingern der gleichen Hand sogar die Bedienungse­ lemente der Bedienungseinrichtung betätigen kann. Z. B. können in dem mit der Steuerung und der Bedienungseinrichtung gekoppel­ ten Rechner eine Vielzahl von Grundformen abgelegt sein, die wahlweise für eine Behandlung auswählbar sind, also z. B. eine Kreisform, eine Ellipse mit unterschiedlichen Parametern, eine langgestreckte Rechteckform etc. Der Arzt kann dann eine derar­ tige Grundform auswählen und über eine weitere Bedienungseingabe dann die Abmessungen dieser Grundform variieren, also z. B. den Kreisdurchmesser, die Parameter der Ellipse, die Länge und/oder Breite des Rechteckes, etc.

Weiterhin kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung die Rechner-Steuerung der Laserbehandlung so ausgestaltet werden, daß eine bestimmte Abfolge von Pulsen unterschiedlicher Energien und Fleckpositionen einstellbar ist, d. h. an bestimm­ ten Stellen innerhalb der gesamten Behandlungsfläche haben die Laserpulse eine größere Energie als an anderen Stellen. Soll al­ so z. B. die Laserstrahlung im Zentrum des zu behandelnden Be­ reiches stärker einwirken als an der Peripherie, kann dies vorab quantitativ eingestellt werden und danach läuft die Behandlung entsprechend automatisch ab.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Rechner-Steuerung ist vorgesehen, daß zum homogenen Ausfüllen der ausgewählten Behand­ lungsfläche mit Laserstrahlung die von der Pulsleistung und der Pulsdauer abhängigen sogenannten Wechselwirkungsdurchmesser in einer Tabelle im Rechner abgelegt werden. Wird eine höhere Pulsenergie eingestellt, so wird auch der Wechselwirkungsdurch­ messer größer, d. h. der wirksame Laserfleck. Stellt nun der Be­ nutzer einen bestimmten Überlappungsgrad der Laserflecken beim Scannen (d. h. beim sukzessiven Führen der Laserpulse über die Behandlungsfläche) ein, dann kann dieser Überlappungsgrad in Ab­ hängigkeit von der eingestellten Laserpulsenergie unter Berück­ sichtigung des Wechselwirkungsdurchmessers angepaßt werden, näm­ lich so, daß insgesamt eine homogene Bestrahlung der Hautfläche mit im wesentlichen gleicher Energiedichte erreicht ist; es sei denn, der Benutzer will bewußt eine inhomogene Strahlungsvertei­ lung über der Hautfläche erreichen (siehe oben).

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in den Strahlengang eine hexagonale Blende gesetzt ist, so daß der La­ serfleck eine entsprechende Form auf der Haut hat. Eine hexago­ nale Laserfleck-Form eignet sich beim Scannen besonders für eine homogene Bestrahlung, da die einzelnen Laserflecken flächendec­ kend über die Behandlungsfläche geführt werden können.

Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen für die Behandlung von Objekten mit Laserstrahlung sind nicht nur für die Dermato­ logie geeignet, sondern auch für andere Anwendungen, bei denen eine Bedienungsperson in gezielter Weise unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Behandlungsbedingungen arbeiten muß, z. B. bei der Restauration.

Ein anderer Aspekt der Erfindung, der auch selbständig (also un­ abhängig von den vorstehend erläuterten Erfindungsgedanken) ein­ gesetzt werden kann, betrifft die Einstellung der Pulsfrequenz von Laserstrahlung bei einem Festkörperlaser. Bei den hier in Rede stehenden Anwendungen ist es bisweilen erwünscht, mit sehr geringer Pulsfolgefrequenz zu arbeiten. Lasersysteme mit Erbium- oder auch Holmium-Dotierung im Festkörper können aber nur ab ei­ ner bestimmten Pulsfolgefrequenz stabil in einer instabilen Re­ sonatorkonfiguration betrieben werden. Eine instabile Resonator­ konfiguration ist aber erforderlich, um hohe Laserenergien bzw. Laserleistungen zu erzeugen, wie sie insbesondere in der Derma­ tologie häufig erwünscht sind. Dies hat zur Folge, daß nicht mit geringen Pulsfolgefrequenzen gearbeitet werden kann. Ein Haupt­ problem bei Festkörper-Laserresonatoren ist die Ausbildung der sog. thermischen Linse im Festkörper bei Anregung des Mediums, z. B. mit einer Blitzlampe. Für einen stabilen Laserbetrieb ist es erforderlich, den Einfluß der thermischen Linse auf die La­ serstrahlung unverändert zu halten. Die Erfindung hält die ther­ mische Linse dadurch stabil, daß bei geringen Pulsfolgefrequen­ zen zwischen zwei Laserpulsen nur soviel Anregungsenergie in das Festkörpermedium des Lasers (also den "Laserstab") eingekoppelt wird, daß der Laser unterhalb der Laserschwelle bleibt. Die An­ regung des Lasermediums zwischen den eigentlichen Laserpulsen erzeugt aber ebenfalls im wesentlichen eine gleichbleibende thermische Linse, so daß sich diese während des gesamten Laser­ betriebs stabil einstellt. So kann beispielsweise die Anregung des Lasermediums mit einer Frequenz von 20 Hz erfolgen, wobei jeder zweite Anregungspuls aber eine etwas geringere Anregungs­ energie hat, nämlich eine Energie, die gerade unterhalb der für die Überschreitung der Laserschwelle erforderlichen Energie liegt. Der Laser emittiert dann Laserstrahlungspulse mit einer Pulsfolgefrequenz von 10 Hz. Auf diese Weise kann bei einem Festkörperlaser eine sehr niedrige Laser-Pulsfolgefrequenz ein­ gestellt werden und gleichzeitig eine hohe Leistung pro Puls er­ reicht werden, ohne daß der Laser in einen instabilen Zustand gerät. Diese Möglichkeit ist insbesondere für die medizinische Anwendung vorteilhaft, da nicht nur niedrige Pulsfolgefrequenzen für die Laserstrahlung einstellbar sind, sondern auch Unterbre­ chungen der Behandlung, wobei der Laser weiter unterhalb der Schwelle betrieben wird, um nach Beendigung der Unterbrechung sofort mit gleichen Parametern die Behandlung fortsetzen zu kön­ nen.

Der vorstehend erläuterte Laserbetrieb mit niedrigen Laserpuls­ frequenzen (Wiederholraten) eignet sich insbesondere für die oben beschriebene dermatologische Vorrichtung, weil mit einem derart betriebenen Laser der Benutzer mit einer gegebenen Anlage sowohl ein Fokussierhandstück bei geringen Laserpulsfrequenzen verwenden kann als auch wahlweise bei höheren Laserpulsfrequen­ zen mit einem Strahlungsscanner (anstelle des Fokussierhandstüc­ kes) arbeiten kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung für die Hautbehand­ lung mit Laserstrahlung und

Fig. 2 schematisch ein Bedienungsfeld einer Bedienungs­ einrichtung für eine derartige Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein fahrbares Gehäuse 10, in dem eine Fest­ körper-Laserstrahlungsquelle (nicht im einzelnen gezeigt) angeordnet ist. Beispielsweise wird als Laser ein gepulster Er-YAG-Laser verwendet. Der Laser emittiert Strahlung mit einer Wellenlänge von z. B. 2,94 µm. Die Strahlung wird über einen Spiegelge­ lenkarm 16 zu einem Handstück 14 gelenkt. Am Handstück 14 ist ein Abstandshalter 16 angeordnet. Der Abstandshalter 16 ist wahlweise einstellbar.

Am Handstück 14 ist eine Bedienungseinrichtung 18 angeordnet, die weiter unten näher beschrieben wird. Über einen Kabelstrang 20 ist die Bedienungseinrichtung 18 mit einem Rechner verbunden, der im Gehäuse 10 angeordnet ist. Am Gehäuse 10 befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel noch eine weitere Bedienungsein­ richtung 18', die der Bedienungseinrichtung 18 entspricht oder unterschiedlich ist.

Die am Handstück 14 angeordnete Bedienungseinrichtung 18 ermög­ licht eine Dateneingabe direkt am Handstück, so daß der Benutzer sowohl die Bedienungseinrichtung 18 als auch den Behandlungsbe­ reich und gegebenenfalls einen Pilotlaserstrahl im Blick hat.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Eingabefeldes für eine Bedienungseinrichtung 18' am Gehäuse. Das Eingabefeld zum Eingeben und Auswählen von Laserstrahlungsparametern für die Be­ handlung ist z. B. als sog. Folientastatur ausgebildet, d. h. der Benutzer kann durch Druck an bestimmten Stellen des Eingabe­ feldes die eingegebenen Daten auswählen und ändern.

Das Eingabefeld zeigt oben links unter der Überschrift "figure" (beispielhaft) vier mögliche Behandlungsflächen, nämlich einen Kreis, ein Quadrat, ein Dreieck und ein regelmäßiges Sechseck. Dies sind Figuren, die der Benutzer auswählen kann, um einen entsprechenden Hautbereich mit Laserstrahlung zu behandeln. Eine Abänderung dieser Figuren wird weiter unten beschrieben. In der zweiten Zeile wird die Energie pro Laserpuls eingestellt, typi­ scherweise in mJ. Eine Einstellmöglichkeit für die Pulslänge ist ebenfalls vorgesehen, im Beispiel gemäß Fig. 2 aber nicht näher dargestellt.

In der dritten Zeile (Überschrift: "X-Scale") erfolgt eine sog. Skalierung in X-Richtung. Mit dieser Zeile läßt sich die oben links dargestellte Figur, d. h. die Behandlungsfläche, variie­ ren. Wählt der Benutzer z. B. die zweite Figur, also das Quadrat aus, kann er mit der X-Skalierung die Abmessung des Quadrates in einer Richtung (der X-Richtung) verändern, also z. B. das Qua­ drat in der einen Richtung strecken oder stauchen, so daß aus dem Quadrat ein Rechteck oder im Extremfall ein langgestreckter Balken werden kann.

In der nächsten Zeile unter der Überschrift "Size" wird die Grö­ ße der Figur eingestellt, also z. B. der Kreisdurchmesser, oder die Kantenlänge des Rechteckes, des Dreieckes bzw. des Hexagons. Unten rechts ist unter der Überschrift "overlap" der Überlap­ pungsgrad einstellbar, also die Überlappung der einzelnen, zu­ einander versetzten Laserflecken von Schuß zu Schuß.

In Fig. 2 kennzeichnet ein umlaufender Rand 20 einen inneren Bereich, der als LCD-Anzeigeeinrichtung (Display) ausgestaltet ist. Der äußere umlaufende Rand 22 der Bedienungseinrichtung ist als sog. Folientastatur ausgebildet, d. h. durch Druck kann der Benutzer Informationen in den Rechner eingeben.

Weiterhin befindet sich, wie bereits ausgeführt ist, am Hand­ stück eine Bedienungseinrichtung 18 (siehe Fig. 1). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Bedienungseinrichtung 18 am Hand­ stück 14 weniger aufwendig als die Bedienungseinrichtung 18' am fahrbaren Gehäuse des Gerätes. Z. B. kann die alternative Bedie­ nungseinheit 18 am Handstück 14 ohne Anzeigeeinrichtung ("Display") ausgerüstet und wesentlich kleiner in den Abmessun­ gen als die oben beschriebene Bedienungseinrichtung 18 sein. Be­ vorzugt ist vorgesehen, daß mit der Bedienungseinrichtung 18' nur die Kenngrößen "Figur", "x-Skala" (also die Skalierung in x-Richtung) und "size" (Größe) und "overlap" (Überlappung) ein­ stellbar sind, was bei der hier beschriebenen Anwendung die Grö­ ßen sind, die der Arzt möglichst mit direktem Blick auf die zu behandelnde Hautfläche einstellen will.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erläutert nur einige der obengenannten Laserstrahlungsparameter. Für andere Laserstrah­ lungsparameter ist die Einstellbarkeit entsprechend gestaltet.

Claims (4)

1. Vorrichtung für die Behandlung von Objekten, insbesondere die Hautbehandlung, mit Laserstrahlung, mit

• - einer Laserstrahlungsquelle,
• - einem Handstück (14), das vom Benutzer in der Nähe des zu be­ handelnden Objektes positionierbar ist und Einrichtungen auf­ weist zum Fokussieren und/oder Lenken der Laserstrahlung auf die Haut,
• - Mitteln (12) zum Führen der Laserstrahlung von der Quelle zum Handstück (14),
• - einer Steuerung für Parameter der auf die Haut auftreffenden Laserstrahlung, und
• - einer Bedienungseinrichtung (18), über die der Benutzer die Laserstrahlungsparameter einstellen kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Bedienungseinrichtung (18) am Handstück (14) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserstrahlungsparameter eine Abfolge von Laserpulsen mit unterschiedlichen Energien einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserstrahlungsparameter ein Überlappungsgrad von örtlich variierenden Laserflecken einstellbar ist.

4. Laserstrahlungsquelle, insbesondere für eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Festkörper­ lasermedium, das gepulst mit einer Anregungsfrequenz (f_a) ange­ regt wird und das bei Anregung oberhalb der Laserschwelle gepul­ ste Laserstrahlung mit einer Emissionsfrequenz (f_d) emittiert, und einer Steuerung zum Steuern von insbesondere der Anregungs­ frequenz und der bei jedem Anregungspuls in das Festkörperlaser­ medium eingekoppelten Anregungsenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung so einstellbar ist, daß zur Erzeugung geringer Emissionsfrequenzen (f_e) zwischen jeweils zwei aufeinanderfol­ genden Laserpulsemissionen zumindest eine Anregung des Festkör­ perlasermediums mit einer Anregungsenergie unterhalb der Laser­ schwelle erfolgt.