專利名稱：透過高強(qiáng)度激光治療的再生治療的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，特別是指一種透過高強(qiáng)度激光治療的再生治療的裝置和方法。
背景技術(shù)：
自發(fā)現(xiàn)激光以來，已經(jīng)倡導(dǎo)將其作為常規(guī)臨床方法的替代方案用于廣泛醫(yī)學(xué)應(yīng)用。多年來，已經(jīng)在許多外科技術(shù)中使用高功率和高度聚焦的激光來切割和分離組織。最近，發(fā)現(xiàn)激光照射具有治療和生物刺激性質(zhì)。相信激光照射可刺激若干代謝過程，包括細(xì)胞分裂、血紅蛋白、膠原蛋白和其它蛋白質(zhì)的合成、白血球活性、巨噬細(xì)胞產(chǎn)生和傷口愈合。在此情況下，激光照射充當(dāng)細(xì)胞活性的刺激劑，并由此活化身體自身的愈合能力。激光治療常常用以減輕急性疼痛與慢性疼痛，消除炎癥，提高組織修復(fù)的速度、品質(zhì)和抗張強(qiáng)度，消除感染和提高受損神經(jīng)組織的功能。此治療是基于將窄譜寬的光施加于損傷或病變上以刺激那些組織內(nèi)的愈合。用激光束治療無痛苦，并且既不會引起常量化學(xué)變化，也不會在組織中造成損傷。到目前為止，還沒有完全了解激光效應(yīng)的根本實(shí)際作用機(jī)制。根據(jù)一種理論，以類似于光的“量子”并入植物光合作用的反應(yīng)鏈中的方式，激光照射的能量并入自然過程中。 另一理論是基于如下假定細(xì)胞和組織具有一定的自由電荷儲備，且被特定的生物場圍繞， 使得生物體、器官(organs、apparatus)和組織間的相互聯(lián)系不僅僅由肱骨、神經(jīng)和化學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制決定，而且也由更復(fù)雜的能量聯(lián)系決定。缺乏對激光施加效應(yīng)的根本基礎(chǔ)機(jī)制的了解導(dǎo)致以截然不同的方式和不同的波長使用激光的多種治療裝置和方案產(chǎn)生。已頒予若干關(guān)于基于施加激光以通過激光照射來治療活組織的不同設(shè)備和方法的美國專利。在所述專利中，尤其相關(guān)的是以下專利沃克 (Walker)的美國專利第4，671，258號；迪亞曼托普洛斯(Diamantopoulos)等人的美國專利第4，930，504號；艾斯普倫(L' Esperance, Jr.)的美國專利第4，931，053號；貝林格 (Bellinger)的美國專利第5，445，146號和第5，951，596號；和西格爾(Segal)的美國專利第5，755，752號，所有專利都以全文引用的方式并入本文中。所有上述專利以及這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的大多數(shù)工作都涉及使用“低”或“中等”功率水平的激光。這種治療現(xiàn)在一般稱為LLLT (低水平激光治療)或LILT (低強(qiáng)度激光治療)。LLLT 中所用的功率范圍在幾毫瓦與1，OOOmW之間。LLLT已經(jīng)成為多種醫(yī)學(xué)學(xué)科中的普及治療。使用此治療獲得一些成功，但結(jié)果獲得緩慢并且不一致。所實(shí)現(xiàn)的治療效果的程度不同，并在很大程度上與發(fā)光波的劑量、曝光節(jié)奏和所治療組織離激光源的距離有關(guān)。相隔若干天重復(fù)施加若干分鐘，并且常常重復(fù)此操作持續(xù)數(shù)月。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的具體實(shí)例包括用于高強(qiáng)度激光治療(HILT)的設(shè)備和方法。例示方法包括向組織施加脈沖激光束，其中激光束的峰值強(qiáng)度流量為0. 1 (J/cm3)2至1. 0 (J/cm3)2。 峰值強(qiáng)度流量(PIF)定義為其中Ip為脈沖激光束的脈沖的峰值強(qiáng)度，E為脈沖的能量，τ。η為脈沖的持續(xù)時(shí)間，τ。Η為脈沖之間的持續(xù)時(shí)間，r為脈沖激光束在患者上形成的點(diǎn)的半徑，且α為在脈沖激光束的波長λ下的水吸收系數(shù)(cm—1)。在優(yōu)選具體實(shí)例中，脈沖的峰值功率在400W與50kW之間；脈沖的持續(xù)時(shí)間為1微秒至500微秒；脈沖激光束的占空比為0. 01 %至0. 5% ；且脈沖激光束在所治療組織上形成的點(diǎn)的直徑為1毫米至20毫米。其它具體實(shí)例可涉及參數(shù)的替代性組合，但是PIF要保持在可接受的范圍內(nèi)。脈沖激光束可經(jīng)皮或透皮施加。舉例來說，其可通過插入穿過患者皮膚的光學(xué)纖維透皮施加。在所治療組織上形成的點(diǎn)可具有約Imm與約20mm之間或約2. 5mm與約20mm 之間的直徑。點(diǎn)面積可大于0. 05cm2,或可在約0. 05cm2與約3. 14cm2之間。用以投射點(diǎn)的光學(xué)纖維的外徑可在約300 μ m與約1. 5mm之間，且可為0. 6mm或1. 0mm。耦接至光學(xué)纖維的錐形發(fā)射尖端可具有在約0. 35cm與1. OOcm之間、0. 50cm或0. 80cm的高度；錐形尖端可具有約0. 014cm2與約0. 54cm2之間、或約0. 058cm2或約0. 23cm2的面積。錐形尖端(手持探針)可具有2. 5mm或2. 5mm以上的直徑。脈沖激光束可用光學(xué)尖端與患者皮膚接觸來經(jīng)皮施加。例示光學(xué)尖端包括光學(xué)纖維耦合器和耦接至光學(xué)纖維耦合器的聚焦元件，所述聚焦元件使脈沖激光束聚焦至組織中距離約0.5cm至約IOcm之間的組織中的點(diǎn)。例示光學(xué)尖端可由普列克斯玻璃 (plexiglass)、塑料或鋼化玻璃制成。光學(xué)尖端的具體實(shí)例可為一次性的，并可密封包裝。聚焦元件至少部分地用凝膠覆蓋，其可包括圓筒形元件和彎曲表面。圓筒形元件的長度可在約3cm與約4cm之間，且直徑在約1. 5cm與2. 5cm之間，并且所述元件可推壓皮膚以壓縮皮膚與所治療組織之間的組織。彎曲表面的直徑可為約2cm，且曲率半徑在約 IOmm與約IOOmm之間。凝膠可透過脈沖激光束波長的光，并降低脈沖激光束波長下光學(xué)尖端與皮膚之間的光學(xué)阻抗失配。凝膠也潤滑光學(xué)尖端與皮膚之間的接觸區(qū)域。另外，其在施加脈沖激光束期間冷卻皮膚。凝膠和光學(xué)尖端也可預(yù)先冷卻或預(yù)先冷凍，以有助于治療期間在皮膚界面處維持低溫。


圖1為峰值強(qiáng)度流量(PIF)對生物效應(yīng)的曲線圖2展示裝置的手持單元和圖解表示激光源和控制系統(tǒng)；圖3A-3C為適用于圖2中所示的裝置的光學(xué)尖端的示意圖；圖4A-4B為適用于圖2中所示的裝置的掃描傳遞系統(tǒng)的圖；圖5為展示在6種不同點(diǎn)尺寸下4種不同波長的透射率的圖；圖6為展示在兩種介質(zhì)之間的界面處入射激光轉(zhuǎn)變成光機(jī)械波或光聲波的圖；圖7為展示透明軟骨基質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8為透明質(zhì)酸的吸收光譜；圖9為展示在根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度激光治療期間組織溫度趨勢的圖。
具體實(shí)施例方式以下描述本發(fā)明的例示具體實(shí)例。本文引用的所有專利、公開申請案和參考文獻(xiàn)的教示內(nèi)容都以全文引用的方式并入本文中。鑒于LLLT獲得的結(jié)果不能令人滿意，因此需要更有效的激光治療裝置和更好的激光治療方法，使用所述裝置和方法可獲得更快且更一致的可再現(xiàn)結(jié)果。具體地說，LLLT只能產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)或光化學(xué)與光熱效應(yīng)，而非全部三種效應(yīng)。必須使用脈沖式發(fā)射來誘發(fā)光機(jī)械效應(yīng)以及光化學(xué)與光熱效應(yīng)。本文提供用于高強(qiáng)度持續(xù)治療(HILT)輻射以進(jìn)行非侵入性再生治療的治療方案和相關(guān)裝置。用于激光治療的其它類似方法和裝置揭示于曹(Cho)和馬索迪(Masotti)于 2005年4月5日申請的美國申請案第11/099，216號、曹和馬索迪于2007年2月9日申請的美國申請案第11/704，710號、和馬索迪和福耳圖娜(R)rtima)于2008年9月12日申請的美國申請案第12/283,612號中。峰值強(qiáng)度流量(PIF)HILT可借助于特征為特定峰值強(qiáng)度流量(PIF)的脈沖激光發(fā)射來誘發(fā)光機(jī)械、光熱和光化學(xué)效應(yīng)。PIF定義優(yōu)于平均功率密度的脈沖發(fā)射特征，平均功率密度不能提供有關(guān)脈沖的時(shí)間和空間形態(tài)的足夠信息。雖然峰值強(qiáng)度(峰值功率與點(diǎn)面積的比率)得出3D 空間分布的概念，但其未能提供有關(guān)脈沖的能量含量和其時(shí)間分布的信息。流量(能量含量除以點(diǎn)尺寸)表示時(shí)間上的光子密度，但未給出強(qiáng)度或空間上的光子密度。(舉例來說， 同一流量可為無數(shù)具有不同峰值功率和脈沖持續(xù)時(shí)間τ。η的不同脈沖所共有)。因此，我們將峰值強(qiáng)度與脈沖發(fā)射時(shí)間綜合在一起來定義PIF，其包括空間分量與時(shí)間分量。PIF可表示為=可認(rèn)為其包含下文所述的三個(gè)要素。第一要素定義目標(biāo)區(qū)內(nèi)的光強(qiáng)度，為每一脈沖的二維能量Ip · τ。η，其中Ip為峰值強(qiáng)度(Wp/cm2)或?yàn)榉逯倒β?Wp)除以點(diǎn)表面積(cm2)，且τ。η為脈沖持續(xù)時(shí)間。第二要素定義脈沖與受照射組織之間的三維關(guān)系。第二要素(Ep/Vks) α為每一脈沖的能量4除以受照射組織體積Vks，且α為水的吸收系數(shù)。體積Vks可近似為激光所輻射的球體部分的體積的分?jǐn)?shù)，Vks = 10. 07 *r3，其中r為點(diǎn)尺寸半徑。球體原點(diǎn)至點(diǎn)中心的距離h約為點(diǎn)半徑的三分之二。因?yàn)楸嚷蔈p/Vks認(rèn)為與波長λ有關(guān)，所以體積Vks可經(jīng)處理，使得吸收大致等于隨 λ變化的水吸收系數(shù)α。舉例來說，λ = 1064nm時(shí)，α = 2. ^cnT1,而λ = 980nm時(shí)，α =3. 52011-1 ο上式的第三要素τ。ff/T描述脈沖停止周期或黑暗期τ。ff與總脈沖周期(T = τ οη+ τ off)之間的關(guān)系。PIF也可根據(jù)脈沖開啟和停止周期來書寫，
[
權(quán)利要求
1.一種治療患者組織的方法，其特征在于，所述方法包含施加峰值強(qiáng)度流量為0. 1 (J/cm3)2至1. 0 (J/cm3)2的脈沖激光束至所述組織，所述峰值強(qiáng)度流量定義為其中Ip為所述脈沖激光束的脈沖的峰值強(qiáng)度，E為所述脈沖的能量，τ。η為所述脈沖的持續(xù)時(shí)間，τ。ff為脈沖之間的持續(xù)時(shí)間，r為所述脈沖激光束在所述患者上形成的點(diǎn)的半徑，且α為在所述脈沖激光束的波長λ下的水吸收系數(shù)(cnT1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖的峰值功率為400W至50kW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖的所述持續(xù)時(shí)間為1微秒至500 微秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束的占空比為0.01%至 0. 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的直徑為1毫米至20毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的所述直徑為2. 5毫米至20毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的面積為約0. 05平方厘米至約3. 14平方厘米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖的峰值功率在400W與50kW 之間，所述脈沖的持續(xù)時(shí)間為1微秒至500微秒，所述脈沖激光束的占空比為0.01%至 0. 5%，且所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的所述直徑為1毫米至20毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束是經(jīng)皮施加。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束是透皮施加。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光束是通過插入穿過所述患者的皮膚的光學(xué)纖維透皮施加。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述脈沖激光束包括通過與所述患者的皮膚接觸的光學(xué)尖端傳遞所述脈沖激光束至所述組織，所述光學(xué)尖端包含光學(xué)纖維耦合器；耦接至所述光學(xué)纖維耦合器的聚焦元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)尖端使所述脈沖激光束聚焦至所述組織中距離約0. 5cm至約IOcm之間的所述組織中的點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括施用凝膠至所述聚焦元件或所述皮膚以減少在所述脈沖激光束的所述波長下所述光學(xué)尖端與所述皮膚之間的光學(xué)阻抗失配。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括施用凝膠至所述聚焦元件或所述皮膚以潤滑所述光學(xué)尖端與所述皮膚之間的接觸區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括施用凝膠至所述聚焦元件或所述皮膚以在施加所述脈沖激光束期間冷卻所述皮膚。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包含通過將所述光學(xué)尖端推壓所述皮膚來壓縮所述皮膚與所治療的所述組織之間的組織。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包含用預(yù)先冷卻的光學(xué)尖端冷卻所述皮膚。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包含在施加所述脈沖激光束后處置所述光學(xué)尖端。
20.一種用于治療患者組織的裝置，其特征在于，所述裝置包含產(chǎn)生峰值強(qiáng)度流量為0. 1 (J/cm3)2至1. 0(J/cm3)2的脈沖激光束的脈沖激光源，所述峰值強(qiáng)度流量定義為
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖的峰值功率為400W至50kW。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖的所述持續(xù)時(shí)間為1微秒至 500微秒。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光束的占空比為0.01%至 0. 5%。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的直徑為1毫米至20毫米。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的所述直徑為2. 5毫米至20毫米。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的面積為約0. 05平方厘米至約3. 14平方厘米。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述脈沖的峰值功率在400W與50kW 之間，所述脈沖的持續(xù)時(shí)間為1微秒至500微秒，所述脈沖激光束的占空比為0.01%至 0. 5%，且所述脈沖激光束在所述組織上形成的所述點(diǎn)的所述直徑為1毫米至20毫米。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述施加單元經(jīng)配置以經(jīng)皮施加所述脈沖激光束。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述施加單元經(jīng)配置以透皮施加所述脈沖激光束。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包含經(jīng)配置以插入穿過所述患者的皮膚的光學(xué)纖維。
31.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包含光學(xué)尖端，所述光學(xué)尖端包含光學(xué)纖維耦合器；耦接至所述光學(xué)纖維耦合器的聚焦元件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)尖端使所述脈沖激光束聚焦至所述組織中距離約0. 5cm至約IOcm之間的所述組織中的點(diǎn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，所述聚焦元件包括圓筒形元件和彎曲表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述圓筒形元件的長度在約3cm與約 4cm之間且直徑在約1. 5cm與約2. 5cm之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述彎曲表面的直徑在約1.5cm與約 2. 5cm之間，且曲率半徑在約IOmm與約IOOmm之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包括至少部分地覆蓋所述聚焦元件的凝膠。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，所述凝膠降低所述皮膚與所述光學(xué)尖端之間的光學(xué)阻抗失配。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)尖端經(jīng)預(yù)先冷卻。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)尖端包括普列克斯玻璃 (plexiglass)0
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)尖端為一次性的。
41.一種用于激光治療系統(tǒng)的一次性尖端，其特征在于，其包含 光學(xué)纖維耦合器；耦接至所述光學(xué)纖維耦合器的聚焦元件，所述聚焦元件至少部分地用凝膠覆蓋。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的一次性尖端，其特征在于，所述聚焦元件在組織中具有約 0. 5cm與約IOcm之間的焦距。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的一次性尖端，其特征在于，所述聚焦元件包括圓筒形元件和彎曲表面。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的一次性尖端，其特征在于，所述圓筒形元件的長度在約3cm 與約4cm之間且直徑在約1. 5cm與約2. 5cm之間。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的一次性尖端，其特征在于，所述彎曲表面的直徑在約1.5cm 與約2. 5cm之間，且曲率半徑在約IOmm與約IOOmm之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的一次性尖端，其特征在于，所述聚焦元件包括普列克斯玻^^ ο
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的一次性尖端，其特征在于，所述凝膠降低所述皮膚與所述一次性尖端之間的光學(xué)阻抗失配。
48.根據(jù)權(quán)利要求41所述的一次性尖端，其特征在于，其與圍住至少一部分所述一次性尖端的密封包裝組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度激光治療方法，其通過施加脈沖激光束至需要所述治療的患者的皮膚來刺激患者的活生物組織再生。
文檔編號A61N5/06GK102202731SQ200980143213
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者戴米安諾·佛圖納, 李奧納多·瑪索堤 申請人:愛爾恩股份有限公司