DE19512481C2 - Vorrichtung zum dynamischen Kühlen von biologischen Geweben für die thermisch vermittelte Chirurgie - Google Patents

Vorrichtung zum dynamischen Kühlen von biologischen Geweben für die thermisch vermittelte Chirurgie

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Laserbehandlung von biologischem Gewebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung wird im folgenden im Zusammenhang der Behand­ lung von Feuermal-Muttermalen in menschlicher Haut beschrie­ ben, obgleich der Anwendungsbereich der Erfindung viel brei­ ter insofern ist, daß sie bei allen Formen der thermischen Chirurgie angewandt werden kann. Ein Feuermal ist eine ange­ borene, progressive Gefäßmißbildung der Dermis, welche die Kapillaren und möglicherweise die perivenularen Nerven ein­ schließt. Feuermale treten bei ungefähr drei Prozent von ein­ tausend Lebendgeborenen auf. Obgleich Feuermale überall auf dem Körper angetroffen werden können, erscheinen sie haupt­ sächlich im Gesicht und werden über der Dermatomverteilung des ersten und zweiten Nervus trigeminus festgestellt.
In der frühen Kindheit sind Feuermale schwach rosafarbene Flecken, aber die Läsionen tendieren dazu, in progressiver Weise purpurrot nachzudunkeln, und in mittlerem Alter erhö­ hen bzw. vergrößern sie sich oft als ein Ergebnis der Ent­ wicklung von Gefäßpapeln oder Knötchen und gelegentlich Tumoren. Die Hypertrophie des darunterliegenden Knochens und des weichen Gewebes tritt bei ungefähr zwei Dritteln der Patienten mit einem Feuermal auf, und führt zur weiteren Entstellung der Gesichtszüge von vielen Kindern.
Der Stand der Technik der Behandlungen von Feuermalen bein­ haltet die Skalpell-Chirurgie, ionisierende Strahlung, Hauttransplantation, Dermabrasion, Kryochirurgie, Tätowie­ rung und Elektrotherapie. Die klinischen Ergebnisse sind aufgrund der kosmetisch unakzeptablen Narben nach der Behandlung als nicht zufriedenstellend angesehen worden. All diese Verfahren des Stands der Technik werden aus diesem Grunde nicht mehr als erfolgversprechende bzw. anwendbare Wahlmöglichkeiten der Behandlung betrachtet.
Ein Blitzlampen-gepumpter Farbstoff-Impulslaser bietet auf­ grund der Fähigkeit, selektiv Hautblutgefäße zu zerstören, eine bessere Möglichkeit und Therapie. Das die Epidermis passierende Licht wird vorzugsweise durch das Hämoglobin absorbiert, welches das hauptsächliche Chromophor im Blut in den erweiterten Kapillaren in der oberen Dermis ist. Die Strahlungsenergie wird in Wärme umgewandelt, welche die thermische Schädigung und Thrombose in den getroffenen Gefäßen verursacht. Dem Stand der Technik zugehörige Unter­ suchungen haben gezeigt, daß der Blitzlampen-gepumpte Farb­ stoff-Impulslaser bei der großen Mehrheit der pädiatrischen und erwachsenen Patienten gute Ergebnisse nach sich zieht.
Histopathologische Untersuchungen von Feuermalen zeigen eine normale Epidermis, die einen abnormen Plexus von erweiterten Blutgefäßen bedeckt, die sich in einer Schicht der oberen Dermis befinden, wie in der Schnittansicht gemäß Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Die vorherrschenden endoge­ nen Hautchromophoren, die das durch den Blitzlampen-gepump­ ten Farbstoff-Impulslaser erzeugte Licht mit der Wellenlän­ ge von 585 Nanometer absorbieren, sind Melanin und Hämoglo­ bin. Deshalb bildet die darüberliegende epidermale Pigment­ schicht eine Barriere oder ein optisches Schild, welche(s) das Licht zuerst passieren muß, um die darunterliegenden Feuermal-Blutgefäße zu erreichen. Die Absorption von Laser­ energie durch das Melanin verursacht eine lokale Erwärmung in der Epidermis und reduziert die die Blutgefäße errei­ chende Lichtdosis, wodurch die in den getroffenen Feuerma­ len erzeugte Wärmemenge vermindert wird und was zu einer suboptimalen Bleichung der Läsion führt.
Das Verhältnis der in den Feuermalen erzeugten Wärme zu der in der Epidermis ist ein Maß der relativen Erwärmung des Feuermals relativ zu der Epidermis. Die besten klinischen Ergebnisse werden bei einem sich der Lasertherapie unter­ ziehenden Feuermal-Patienten erzielt, wenn bei dem Patien­ ten das Verhältnis der in dem Feuermal erzeugten Wärme zu der in der Epidermis größer als oder gleich eins ist. Unglücklicherweise ist bei vielen Läsionen die Schwelle für die der Lasertherapie folgenden epidermalen Schädigung sehr nahe an der Schwelle der permanenten Bleichung des Feuer­ mals.
Ein Verfahren, welches ausprobiert worden ist, besteht in der Anwendung von Eiswürfeln auf der Hautoberfläche vor der Laserbehandlung, B. A. Gilchrest u. a., "Chilling Port Wine Stains Improves the Response to Argon Laser Therapy" ("Das Kühlen von Feuermalen verbessert die Reaktion auf die Argonlasertherapie"), Plast. Reconstr. Surg. 1982, 69: 278-83. Diese Behandlungen sind jedoch weder völlig zufrieden­ stellend bestätigt worden, noch haben sie zu einer wesent­ lich verbesserten therapeutischen Reaktion, d. h. einer verbesserten Bleichung des Feuermals geführt.
Bei anderen dem Stand der Technik zuzurechnenden Versuchen zur Schaffung einer Oberflächenkühlung der Epidermis wurden mit Eis gefüllte Plastikbeutel verwendet, die für fünf Minu­ ten auf die Hautoberfläche aufgelegt wurden, wurde kompri­ miertes Freongas während der Bestrahlung verwendet, oder au­ ßerdem wurde untersucht, gekühltes Wasser direkt auf die Flä­ che zu sprühen, die bestrahlt wird, A. J. Welch u. a., "Evaluation of Cooling Techniques for the Protection of the Epidermis During ND-YAG Laser Irradiation of the Skin" ("Bewertung von Kühlverfahren zum Schutz der Epidermis wäh­ rend der ND-YAG-Laser-Bestrahlung der Haut"), Neodymium-YAG Laser in Medicine, Stephen N. Joffe editor 1983. Diese Unter­ suchungen wurden jedoch an Schweinekadavergewebe vorgenommen und es wurden normalerweise eine Kühldauer von 2 bis 14 Se­ kunden angewandt. Die berichteten Ergebnisse mit Freon waren nur bei 28,5 Prozent der Fälle gut, bei einigen Fällen wurde die Hautoberfläche vorübergehend gefroren und in anderen wur­ de festgestellt, daß der Freonstrahl die Hautoberfläche un­ terkühlt.
US-4,733,660 A beschreibt ein Lasersystem für die Laserbehandlung von Haut, insbesondere zur selektiven Nekrose von stark gefüllten Blutgefäßen, wobei angrenzendes Gewebe und leere Blutgefäße weitgehend unbeschädigt bleiben. Mit diesem Lasersystem kann eine Kühlflüssigkeit auf, die Hautoberfläche aufgebracht und ein Laserstrahl in diesen gleichen Bereich eingestrahlt werden, so dass der Brennpunkt des Laserstrahls an keinem Punkt so lange verbleibt, dass eine Schädigung des Oberflächengewebes auftritt. Durch diese Verfahrensführung wird ein relativ geringer Bereich des gesunden Gewebes zerstört.
Deshalb ist eine Methodik oder Vorrichtung notwendig, welche in effektiver Weise verwendet werden kann, um einheitlich po­ sitive Ergebnisse zu schaffen, die eine Behandlung von tiefe­ ren oder ausgewählten Schichten von Gewebe ohne eine unspezi­ fische Schädigung der oberen oder nicht ausgewählten Schich­ ten gestattet.
Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Laserbehand­ lung von biologischem Gewebe, die einen Impulslaser und eine steuerbare Kühleinrichtung aufweist, um einen Strahl einer festgelegten Menge einer Kühlsubstanz (kryogenen Flüssigkeit) zu einer Bestrahlungsstelle eines ausgewählten Abschnitts auf dem biologischen Gewebe zu schaffen. Eine Zeitsteuerung trig­ gert den Impulslaser und die steuerbare Kühleinrichtung, um einen festgelegten Laserimpuls in einen Oberflächenbereich und einen tiefergelegenen Teil der Bestrahlungszone einzu­ schließen, unmittelbar nachdem die steuerbare Kühleinrichtung den Kühlsubstanz-Strahl schafft. Im Ergebnis wird die Be­ strahlungsstelle des biologischen Gewebes dynamisch gekühlt, um selektiv die Laserbehandlung von Gewebeabschnitten der Be­ strahlungsstelle zu gestatten. Bei dem veranschaulichten Aus­ führungsbeispiel ist der Impulslaser ein blitzlampengepumpter Farbstoff-Impulslaser. Die steuerbare Kühleinrichtung weist einen Kryomittel-Speicher und ein elektronisch gesteuertes Magnetventil auf, das mit dem Kryomittel-Speicher verbunden ist, um über eine festgelegte Zeitdauer hinweg einen Strahl des Kryomittels adiabatisch auszulösen. Die Zeitsteuerung weist einen digitalen Verzögerungsgenerator auf. Die Zeitdau­ er des Strahls der Kühlsubstanz wird durch eine Triggerverzö­ gerung bestimmt, die durch den mit der steuerbaren Kühlein­ richtung und dem Impulslaser verbundenen digitalen Verzöge­ rungsgenerator erzeugt wird.
Insbesondere ist die Erfindung eine Vorrichtung zur Laserbe­ handlung von Feuermal-Muttermalen in menschlicher Haut, die eine Epidermis, die Melanin enthält, und eine Dermis hat, welche die Feuermale enthält. Mit der Vorrichtung kann die Epidermis derart dynamisch gekühlt werden, daß der Beginn ei­ nes festgelegten Temperaturverlaufs innerhalb der Epidermis innerhalb einer Zeitdauer erzielt wird, die wesentlich kürzer als die Zeit der thermischen Diffusion zwischen dem Feuermal in der Dermis und der darüberliegenden Epidermis ist. Das Feuermal in der Dermis wird durch die Epidermis hindurch für eine Zeitdauer bestrahlt, die ausreichend ist, um selektiv die Hautblutgefäße innerhalb des Feuermals zu zerstören. Im Ergebnis wird das Feuermal ohne wesentliche biologische Schä­ digung an der Epidermis zerstört.
Die Erfindung besteht also vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Anwendung des dynamischen Kühlens, um eine Fotothermolyse von ausgewählten verborgenen Chromophoren bzw. Chromosphären (chromospheres) in biologischen Geweben auszuführen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein ausgewählter Abschnitt des biologischen Gewebes während eines festgelegten Zeitraums gekühlt werden, um einen festgelegten dynamischen Temperaturverlauf zu erzie­ len, und der erste Abschnitt und ein zweiter, darunterliegen­ der Abschnitt des biologischen Gewebes kann während eines festgelegten zweiten Zeitraums unmittelbar nach dem ersten Zeitraum bestrahlt werden, um den zweiten Abschnitt des biologischen Gewebes thermisch zu behandeln, während der ers­ te Abschnitt des biologischen Gewebes im wesentlichen unbe­ schädigt bleibt. Im Ergebnis kann der zweite Abschnitt des biologischen Gewebes ohne die Schädigung des ersten Ab­ schnitts laserbehandelt werden.
Der erste Abschnitt des Gewebes liegt vorzugsweise angrenzend dem zweiten Abschnitt, und der Schritt der Bestrahlung des zweiten Abschnitts weist den Schritt der Bestrahlung des zweiten Abschnitts des biologischen Gewebes durch den ersten Abschnitt hindurch auf.
Das biologische Gewebe ist bei dem veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispiel Haut. Der erste Abschnitt ist die Epidermis und der zweite Abschnitt ist die Dermis, die unterhalb des in der Epidermis enthaltenen Melanins liegt. Der Schritt der Schaf­ fung eines festgelegten dynamischen Temperaturverlaufs schafft im wesentlichen nur in der Epidermis einen dynami­ schen Kühlverlauf.
Der Schritt der Schaffung eines festgelegten dynamischen Tem­ peraturverlaufs wird durch die Bereitstellung eines kryogeni­ schen Strahls bzw. eines Kryomittel-Strahls auf das biologi­ sche Gewebe an einer Stelle ausgeführt, welche später be­ strahlt wird. Der Kryomittel-Strahl besteht aus Kryomittel- Tröpfchen oder einem Nebel.
Die Vorrichtung kann eine Wärmesenke schaffen, die thermisch an den ersten Abschnitt des biologischen Gewebes gekoppelt ist. Die Schaffung einer Wärmesenke umfasst vorzugsweise die Beseitigung einer Luft/Oberflächen-Isolationsbarriere an dem ersten Abschnitt des biologischen Gewebes.
Die Bereitstellung des Kryomittel-Strahls an dem ersten Ab­ schnitt des biologischen Gewebes umfasst vorzugsweise die Aufbringung einer Flüssigkeit mit einer festgelegten Kühltemperatur auf die Oberfläche des ersten Ab­ schnitts des biologischen Gewebes. Die Flüssigkeit hat einen Siedepunkt unterhalb der normalen Temperaturen des ersten Ab­ schnitts des biologischen Gewebes und der Kryomittel-Strahl hat eine Zeitdauer, die ausreicht, um einen Temperaturabfall von vorzugsweise ungefähr 40-50 Grad Celsius an der Oberflä­ che des ersten Abschnitts des biologischen Gewebes zu schaf­ fen. Die Dauer des Kryomittel-Strahls hat vorzugsweise die Größenordnung von einigen zehn Millisekunden.
Mit der Vorrichtung kann ferner ein festgelegter dynamischer Temperaturverlauf in dem ersten Abschnitt des biologischen Gewebes nach der Bestrahlung des zweiten Abschnitts des bio­ logischen Gewebes wiederhergestellt werden. Die Wiederher­ stellung des festgelegten dynamischen Temperaturverlaufs in dem ersten Abschnitt des biologischen Gewebes erfolgt unmit­ telbar nachdem beide, der erste und der zweite Abschnitt des biologischen Gewebes bestrahlt wurden, durch Aufbringen von mehr Kryomittel auf den ersten Abschnitt unmittelbar nach der letzten Behandlung.
Die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele können nun in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen besser veranschaulicht werden, wobei gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Fig. 1 ist eine sehr schematische Seitenschnittansicht von menschlichem Hautgewebe, das ein in der Dermis eingebettetes Feuermal aufweist,
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Temperaturverläufe der dynamischen Kühlung und der Haut als eine Funktion der Tiefe entsprechend den Kryomittel-Strahlen von 10 bis 100 Millisekunden,
Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung, welche den Gebrauch der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung zeigt,
Fig. 4 ist eine empirische grafische Darstellung der mit Hilfe der Anwendung eines schnellen Infrarotdetektors von angrenzenden Feuermal-Teststellen an einem menschlichen Patienten erzielten Hautoberflächen-Temperaturmessungen, bei welchem die Teststelle gemäß der Erfindung dynamisch gekühlt wurde,
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der, wie in dem Fall gemäß Fig. 4, von einer Teststelle an dem gleichen Patien­ ten erzielten Hautoberflächen-Temperaturmessungen, bei wel­ chem die Teststelle nicht gekühlt wurde,
Fig. 6a ist eine Fotografie einer Feuermal-Teststelle bei einem menschlichen Patienten, die drei Reihen von bestrahl­ ten Stellen aufweist, bei welchen die obere Reihe ungekühlt war und die unteren zwei Reihen gemäß der Erfindung dyna­ misch gekühlt wurden. Fig. 6a zeigt die Haut 10 Minuten nach der Laserbestrahlung,
Fig. 6b ist eine Fotografie der Teststellen gemäß Fig. 6a, 10 Tage nach der Laserbehandlung,
Fig. 6c ist eine Fotografie der Teststellen gemäß Fig. 6a, 6 Monate nach der Laserbehandlung.
Die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele werden nun hinsichtlich der folgenden detaillierten Be­ schreibung verständlich.
Das dynamische Kühlen der Epidermis eines Feuermal-Patien­ ten, welcher sich der Lasertherapie unterzieht, erlaubt die Maximierung der thermischen Schädigung des Feuermals, wäh­ rend gleichzeitig die unspezifische Schädigung der normalen darüberliegenden Epidermis minimiert wird. Ein Kryomittel- Strahl wird für eine festgelegte kurze Zeitdauer in der Größenordnung von einigen zehn Millisekunden der Hautober­ fläche zugeführt, so daß die Kühlung auf die Epidermis lokalisiert bleibt, während die Temperatur der tieferen Feuermalgefäße im wesentlichen unverändert bleibt. Das Ergebnis besteht darin, daß die epidermale Denaturierung und Nekrose, welche normalerweise an ungekühlten laserbe­ handelten Hautstellen auftritt, nicht auftritt und, daß eine klinisch signifikante Bleichung der Feuermale an den dynamisch gekühlten Stellen zeigt, daß eine selektive Laser-Fotothermolyse der Feuermal-Blutgefäße erreicht wird. Zusätzlich reduziert die dynamische epidermale Kühlung die Beschwerden des Patienten, die normalerweise mit der Therapie mit dem Blitzlampen-gepumpten Farbstoff-Impuls­ laser verbunden sind.
Es wird angenommen, daß alle vorhergehend erprobten Verfah­ ren zum Kühlen von laserbestrahlten Stellen, um die epider­ male Schädigung zu verhindern, grundsätzlich aufgrund der thermischen Reaktion von Haut auf verlängerte Kühlung fehl­ geschlagen sind, bei welcher eine Temperaturverteilung mit stationärem Zustand erzielt wird. Bei dem stationären Zustand oder der verlängerten Kühlung steigt die Innentem­ peratur linear von der Hautoberfläche hinunter in die subkutanen Schichten an. Deshalb reduziert die verlängerte Kühlung zusätzlich zur Kühlung der Epidermis die Umgebungs­ temperatur der tieferliegenden Feuermal-Blutgefäße. Jeder Anstieg der Schwelle für die epidermale Schädigung, der durch die Reduzierung der Temperatur erzielt wird, wird fast völlig durch die zusätzliche Energie ausgeglichen, die erforderlich ist, um die Feuermal-Blutgefäße auf eine ausreichende Temperatur zum Erreichen der selektiven Laser-Fotothermolyse zu erwärmen.
Mit Hilfe der dynamischen Kühlung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Epidermis selektiv gekühlt werden. Wenn der Hautoberfläche für eine geeignete kurze Zeitdauer, d. h. in der Größenordnung einiger zehn Millisekunden, ein Strahl aus Kryomittel zugeführt wird, bleibt die Kühlung auf die Epidermis lokalisiert, während die Temperatur der tieferen Feuermal-Gefäße unverändert bleibt. Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine grafische Darstellung der Temperaturver­ läufe der dynamischen Kühlung in der Haut als eine Funktion der Tiefe bei Kryomittel-Strahlen von 10 bis 100 Mikrosekun­ den ist. Die vertikale Skale ist in Grad Celsius gezeigt, während die horizontale Skale die Tiefe im Gewebe in Millime­ tern ist.
Der Bereich 10 stellt die Position des epidermalen Melanin im allgemeinen dar. Der Bereich 12 bezeichnet schematisch die typische Tiefe, in welcher Feuermale gefunden werden. Die Kurve 14 ist der Temperaturverlauf, unmittelbar nachdem ein Kryomittel-Strahl von 10 Millisekunden der Teststelle zuge­ führt wurde, wie im folgenden beschrieben wird. Die Kurven 16, 18, 20 und 21 sind die Temperaturverläufe für Kryomittel- Strahlen von jeweils 20, 30, 50 und 100 Millisekunden. Es kann eingeschätzt werden, daß sich bei Kryomittel-Strahlen dieser Dauern im wesentlichen die gesamte auftretende Tempe­ raturkühlung in der Fläche der Haut oberhalb des Feuermal- Bereichs 12 abspielt. Dabei sind die Temperaturen im Feuer­ mal-Bereich 12 unverändert.
Wenn die Haut dynamisch gekühlt wird, so daß die Wärme mit einer konstanten Geschwindigkeit, der Wärmestromdichte Fo entfernt wird, ist die augenblickliche Hauttemperatur Ts durch die Gleichung (1) gegeben,
wobei z die Hauttiefe ist, Ti die Anfangstemperatur an der Hautoberfläche ist, K die Wärmeleitfähigkeit ist, X die Temperaturleitzahl ist und erfc die komplementäre Fehler­ funktion ist. Aus der Gleichung (1) kann die Temperaturre­ duzierung der Hautoberfläche in Reaktion auf das dynamische Kühlen als
gezeigt werden.
Daher ist die Reduzierung der Oberflächentemperatur propor­ tional der Wärmestromdichte F0 und der Quadratwurzel der Kühlungszeit. Für eine gegebene Stromdichte muß die Be­ strahlungszeit mit dem Kryomittel-Strahl tc lang genug, um eine große T0 zu erzeugen, aber kurz genug sein, um eine Leitungskühlung der Feuermalgefäße im Bereich 12 zu vermei­ den.
Fig. 3 ist eine sehr schematische Darstellung von einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit welcher das vorhergehend beschriebene Verfahren prakti­ ziert wird. Ein Test-Kryomittel, welches bei dem veran­ schaulichten Ausführungsbeispiel Tetrafluorethan C2H2F4 mit einem Siedepunkt von -26,5 Grad Celsius ist und welches ein umweltverträglicher, nichttoxischer, nichtentflammbarer Freon-Ersatz ist, wird als ein Oberflächen-Kühlmittel verwendet. Kurze Kryomittel-Strahlen in der Größenordnung von einigen zehn Millisekunden werden über ein elektronisch gesteuertes Magnetventil 22 auf die Hautoberfläche zuge­ führt, wobei das Ventil von einem Kryomittel-Speicher 24 aus mit dem Test-Kryomittel versorgt wird.
Ein schneller Infrarotdetektor 26, welcher bei dem veran­ schaulichten Ausführungsbeispiel ein InSb-128 × 128-Brenn­ ebenen-Array-Detektor ist, der im Wellenlängenbereich von 3-5 Mikrometern anspricht, wird verwendet, um die Hautober­ flächen-Temperatur vor, während und nach dem Kryomittel- Strahl und dem Laserimpuls zu messen. Der Detektor 26 wird in dem System gemäß Fig. 3 als eine Einrichtung zum Bestä­ tigen der Testergebnisse benutzt. Es ist verständlich, daß der Detektor 26 bei einem kommerziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung weggelassen werden kann oder ein einfacherer und billigerer thermischer Detektor an seiner Stelle ver­ wendet werden kann.
Der Detektor 26 wird mittels eines digitalen Verzögerungs­ kreises 28 getriggert, wie er von Stanford Research Systems of Sunnyvale, Kalifornien, hergestellt wird. Das Magnetven­ til 22 wird in ähnlicher Weise zu einem Zeitpunkt - Tc gleichzeitig mit dem Detektor 26 getriggert. Zu einer Zeit t = 0 wird ein Blitzlampen-gepumpter Farbstoff-Impulslaser 30 getriggert, der bei einer Wellenlänge von 585 Nanometern mit einer Impulsbreite von 450 Mikrosekunden arbeitet.
Die Bestrahlungszeit des Kryomittel-Strahls und das Inter­ vall zwischen der Anwendung der Kryomittel-Strahlen und dem Beginn der Laserimpulse werden mittels des Verzögerungsge­ nerators 28 gesteuert und sind normalerweise kleiner als 1 Millisekunde. Der von dem Magnetventil 22 ausgelöste Kryo­ mittel-Strahl besteht aus Kryomittel-Tröpfchen, die durch Verdampfung gekühlt werden, und aus Nebel, der durch adiabatische Ausdehnung von Dampf ausgebildet wird. Es wurde festgestellt, daß Tröpfchen aus Kryomittel eine bessere Wärmesenke als reines Kühlgas schaffen. Der Kryomittel-Strahl deckt an der Teststelle der Hautober­ fläche eine ungefähr kreisförmige Zone von ungefähr 7 Millimeter im Durchmesser ab, die mit dem Laserpunkt konzentrisch ist, welcher ungefähr 5 Millimeter im Durchmesser beträgt. Natürlich können die Form, Größe und Anordnung des gekühlten Bereichs relativ zu dem bestrahlten Bereich in Einklang mit der Lehre der Erfindung gemäß der Anmeldung auf viele Arten verändert werden.
Die folgenden Ergebnisse wurden bei Human-Patienten mit Feuermalen erzielt, die der Standarduntersuchung und Ein­ willigungsprotokollen unterliegen. Teststellen wurden aus­ gewählt und mittels eines Haut-Markierschreibers auf eine Weise kenntlich gemacht, wie es in den Fotografien der Fig. 6a-c gezeigt ist. Es wurden bei jedem Patienten 18 Test­ stellen ausgewählt, von denen sechs ohne Kühlung bestrahlt wurden und von denen zwölf mit dynamischer Kühlung gemäß der Erfindung bestrahlt wurden. Die Stellen wurden in un­ auffälligen Sektoren des Feuermals ausgewählt, zum Beispiel unter dem Arm, welche im allgemeinen für die gesamte Läsion repräsentativ waren. Die sechs für die Laserbestrahlung mit dynamischer Kühlung ausgewählten Stellen wurden mittels des Lasers 30 bei einer maximalen Lichtdosis von ungefähr 10 Joule pro Quadratzentimeter bestrahlt. Die anderen zwölf Teststellen erhielten eine identische Laserbestrahlung, gefolgt von einem kurzen Kryomittel-Strahl in der Größen­ ordnung von einigen zehn Millisekunden. Unbehandelte Flächen des Feuermals, die als eine Kontrolle dienten, erhielten keine Lichtbestrahlung. Die Teststellen wurden im Verlauf der Zeit beobachtet, um festzustellen, ob irgend­ welche nachteilige Effekte auftraten und ob nachfolgend die Bleichung des Feuermals fortschritt. Jeder der Patienten wurde zu Beginn, um eine Grundaussage zu erhalten, und danach zweimal die Woche für vier Wochen und monatlich über sechs Monate hinweg nach der Laserbestrahlung beurteilt.
Fig. 4 und 5 veranschaulichen die Hautoberflächen-Tempera­ turverläufe, welche unter Verwendung des Infrarot-Detektors 26 an einer der Feuermal-Teststellen des Patienten gemessen wurden, und zwar an einer Teststelle, die durch einen Kryo­ mittel-Strahl von 80 Millisekunden Dauer gekühlt wurde, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und an einer ungekühlten Teststelle, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die grafischen Darstellungen von Fig. 4 und 5 waren für alle untersuchten Patienten typisch. Die vertikale Skale in Fig. 4 ist die Hauttemperatur in Grad Celsius und die Zeitskale ist horizontal in Millise­ kunden gezeigt, wobei der Laserimpuls zum Zeitpunkt 0 auf­ tritt.
Fig. 4 zeigt, daß die Hautoberflächen-Temperatur vor der Laserbestrahlung an der gekühlten Teststelle um ungefähr 40 Grad Celsius reduziert wurde. Deshalb war die Ausgangs- Hautoberflächen-Temperatur vor der Laserbestrahlung an der gekühlten Stelle ungefähr -10 Grad Celsius, gegenüber 30 Grad an der ungekühlten Stelle. Nach einer Lichtdosis von 10 Joule pro Quadratzentimeter von dem Laser stieg die Hautoberflächen-Temperatur sowohl an der gekühlten als auch an der ungekühlten Feuermalstelle kurz nach dem Zeitpunkt 0 um 80 Grad Celsius. Da jedoch an der gekühlten Stelle die Ausgangs-Hautoberflächen-Temperatur zu Beginn minus 10 Grad Celsius war, war die maximale Oberflächentemperatur, die an der gekühlten Stelle unmittelbar nach der Laserbestrahlung erzielt wurde, 70 Grad Celsius, gegenüber 110 Grad Celsius an der ungekühlten Stelle, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Mittels des Detektors 26 aufgenommene Infrarotbilder der ungekühlten Teststelle zeigen einen Temperaturanstieg unmittelbar nach der Laserbestrahlung mit anhaltender Ober­ flächenerwärmung, zeigen 90 Millisekunden später eine lang­ same Dissipation von nahe der Haut/Luft-Grenzfläche einge­ schlossener Wärme. Mit Hilfe des Detektors 26 aufgenommene Bilder einer gekühlten Stelle zeigen unmittelbar nach der Laserbestrahlung beobachtete niedrigere Oberflächen­ temperaturen und das Eintreffen einer verzögerten thermischen Welle 90 Millisekunden nach der Bestrahlung, wenn die in dem Feuermal erzeugte Wärme sich allmählich aus den verborgenen Blutgefäßen in Richtung auf die gekühlte Hautoberfläche aus­ breitet. Folglich wird bei der Anwendung eines schnellen In­ frarotdetektors gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung au­ ßerdem ein Mittel zum Messen der Tiefe und Größe der unter der Oberfläche gelegenen Feuermalgefäße geschaffen.
Fig. 6a, welche 10 Minuten nach der Laserbestrahlung aufge­ nommen wurde, zeigt eine die thermische Schädigung an den un­ gekühlten Stellen 34 anzeigende Blasenbildung, und in Fig. 6b ist eine die epidermale Denaturierung und Nekrose anzeigende Schorfbildung 10 Tage nach der Laserbestrahlung gezeigt.
Im Gegensatz dazu werden an den gekühlten Stellen 36 in Fig. 6a, die 10 Minuten nach der Bestrahlung aufgenommen ist, oder in Fig. 6b, 10 Tage nach der Bestrahlung, keine das Gefüge betreffenden Hautoberflächen-Veränderungen festgestellt. Dy­ namisches epidermales Kühlen erlaubt die Bestrahlung der Feu­ ermalhaut mit einer einfallenden Lichtdosis, bei der die Ver­ ursachung einer epidermalen Schädigung an ungekühlten Feuer­ mal-Teststellen erwartet und nachfolgend bestätigt wurde. Wenn die Epidermis unmittelbar vor der Laserbestrahlung schnell von der Temperatur der umgebenden Hauttemperatur von ungefähr 30 Grad Celsius auf minus 10 Grad Celsius abgekühlt wurde, wird keine epidermale Schädigung festgestellt.
Wie in Fig. 6c gezeigt ist, welche eine Fotografie der Test­ stellen von Fig. 6a und 6b ist, die sechs Monate nach der Be­ strahlung gezeigt werden, ist an den ungekühlten Stellen 34 und den gekühlten Stellen 36 eine klinisch signifikante Blei­ chung aufgetreten. Die Bleichung an den gekühlten Stellen zeigt, daß die selektive Laser- Fotothermolyse stattgefunden hat. Eine derartige Bleichung bedeutet, daß mit der beschriebenen Laserbehandlung eine zum Zerstören der Feuermal-Blutgefäße notwendige ausrei­ chende Kerntemperatur erreicht wurde. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Kühlung, die dem Ausgesetztsein eines kurzen Kryomittel-Strahls in der Größenordnung von einigen zehn Millisekunden folgt, vorzugsweise an der Epidermis lokalisiert ist, während die tiefere Temperatur der Feuermalgefäße unverändert bleibt.
Feuermal-Patienten, die sich einer Lasertherapie mit einem Blitzlampen-gepumpten Farbstoff-Impulslaser unterziehen, berichten in typischer Weise von Wahrnehmungen wie einem "heißen Nadelstich" oder einem "elastischen Band, das gegen die Haut schnappt". Der Pegel der Beschwerden ist energie­ abhängig und steigt mit hohen Lichtdosen und variiert auch mit der Empfindlichkeit der behandelten anatomischen Stelle. Die Schmerztoleranz nimmt im allgemeinen mit abneh­ mendem Alter des Patienten ab. Ein zusätzlicher Vorteil des dynamischen epidermalen Kühlens ist die Reduzierung und, in einigen Fällen, die Beseitigung dieser Beschwerden. Wenn die Epidermis unmittelbar vor der Laserbestrahlung mit Kryomittel-Strahlen von länger als 20 Millisekunden schnell abgekühlt wird, berichteten die Patienten der vorliegenden Untersuchung, daß sie "überhaupt nichts" fühlen. Mit einem Kryomittel-Strahl von ungefähr 5 Millisekunden behandelte Patienten berichten von einer signifikanten Verbesserung gegenüber dem mit der Lasertherapie mit dem Blitzlampen­ gepumpten Farbstoff-Impulslaser verbundenen Beschwerde­ pegel.
Es gibt zwei Gründe für die von den Feuermal-Patienten berichtete Schmerzreduzierung, wenn vor der Laserbehandlung die dynamische epidermale Kühlung angewandt wird. Erstens ist die unmittelbar nach der Laserbestrahlung erreichte maximale Oberflächentemperatur niedriger, und in einigen Fällen im Vergleich zu der ungekühlten Stelle an der gekühlten Stelle um 40 Grad Celsius niedriger. Zweitens verdampft auf die Laserbestrahlung folgend das auf der Haut verbleibende Kryomittel und fährt damit fort, die einge­ schlossene Wärme durch die Haut/Luft-Grenzfläche hindurch zu entfernen. Deshalb fällt die Temperatur der Epidermis nach der Bestrahlung im Vergleich zu der ungekühlten Stelle an der gekühlten Stelle schneller ab.
Wie vorhergehend festgestellt wurde, werden die Ergebnisse gemäß Fig. 4 und 5 bei der Anwendung eines Kryomittel­ strahls von 80 Millisekunden erzielt. Ähnliche Reduzierun­ gen der Oberflächentemperatur sind jedoch bei der Anwendung von Strahlen mit kürzerer Dauer erreicht worden. Dies zeigt, daß der augenblickliche Temperaturabfall T0 vor der Laserbestrahlung nicht der einzige thermische Effekt ist, der für die beobachteten Ergebnisse verantwortlich ist. Aufgrund der Schaffung eines großen Temperaturgradienten nahe der Hautoberfläche ist die schnelle Entfernung der Wärme aus der Epidermis nach der Impulslaserbestrahlung so­ gar noch wichtiger.
Der Wärmeverlust von menschlicher Haut im Kontakt mit Luft ist unwesentlich, da Luft ein ausgezeichneter thermischer Isolator ist. Ohne Kühlung sammelt die sich aus der absor­ bierenden Melaninschicht und den Feuermal-Blutgefäßen aus­ breitende Wärme nahe der Hautoberfläche an und erzeugt eine erhöhte Oberflächentemperatur, die für einige Zeit nach der Laserbestrahlung andauert. Die seitliche thermische Diffu­ sion und die Kühlung durch die Blutperfusion beseitigt schließlich die nahe der Oberfläche aufgebaute Wärme, aber dies kann mehrere Sekunden dauern.
Es wird angenommen, daß die Entfernung der Wärme, die sich nahe der Hautoberfläche ansammelt, durch die Verdampfung der Kryomittel-Flüssigkeit ein wichtiges Element bei der dynamischen Kühlung ist. Das auf die Haut aufgebrachte Kryomittel erzeugt eine Wärmesenke unterhalb der Oberfläche der Haut, welche vor, während und nach der Laserbestrahlung Wärme entfernen kann. Die Wärmesenke dauert solange an, wie das flüssige Kryomittel auf der Hautoberfläche verbleibt. Für jeden gegebenen Kryomittel-Strahl ist die Größe oder Kapazi­ tät der Senke proportional zu der Fläche zwischen der ent­ sprechenden Temperaturkurve, die in Fig. 2 gezeigt ist, und einer horizontalen Linie bei der umgebenden Hauttemperatur von ungefähr 30 Grad Celsius. Dies ist in Fig. 2 als eine ge­ strichelte Fläche 38 für einen Kryomittel-Strahl von 10 Mil­ lisekunden dargestellt.
Ein Ziel ist somit, mittels der dynamischen Kühlung eine Wär­ mesenke zu erzeugen, welche die eingeschlossene Wärme schnell entfernen kann, ohne die Feuermal-Blutgefäße im Bereich 12 zu kühlen. Ein wichtiger Faktor beim Entziehen von Wärme aus der Haut ist der Temperaturgradient, der nahe der Hautoberfläche geschaffen wird. Je steiler der Gradient ist, desto schneller wird eine gegebene Wärmemenge entzogen. Folglich sollte das Kryomittel, um einen Erfolg zu erzielen, so schnell wie mög­ lich einen großen Abfall der Oberflächentemperatur erzeugen. Außerdem kann die Menge des zugeführten Kryomittels gesteuert werden, und folglich wird die restliche Wärme durch Kryomit­ tel entfernt, das nach der Laserbestrahlung auf der Hautober­ fläche zurückgeblieben ist. Wenn zusätzliche Wärme entfernt werden muß, kann unmittelbar nach der Laserbestrahlung mehr Kryomittel zugeführt werden. Folglich wird mittels der vor­ liegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur unmittelbar vor der Laserbestrahlung ein Kryomittel-Strahl beabsichtigt, sondern vorzugsweise auch ein oder mehrere Kryomittel- Strahl(en) danach.
Die Komplexität des dynamischen Kühlprozesses rechtfertigt eine sorgfältige Auswahl des Kryomittels und eine Optimierung von verschiedenen Kühlparametern. Gemäß der Erfindung wird das Kryomittel auf der Basis der folgenden Faktoren ausge­ wählt. Das Kryomittel muß aufweisen: (1) eine ausreichende Adhäsion, um einen guten Oberflächenkontakt mit der Haut aufrechtzuerhalten, (2) eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so daß die Epidermis vor der Laserbehandlung sehr schnell ge­ kühlt werden kann, (3) einen niedrigen Siedepunkt, um an der Oberfläche einen großen Temperaturgradienten zu erzeugen, (4) eine große Verdampfungskälte, um die Verdampfungskühlung der Epidermis nach der Laserbestrahlung zu unterstützen und (5) keine nachteiligen Wirkungen auf Gesundheit und Umwelt. Ob­ gleich bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Gebrauch von Tetrafluorethan beschrieben wurde, könnten viele andere Kryomittel mit ähnlichen Resultaten als Ersatz verwen­ det werden, vorausgesetzt, daß diese einen oder mehrere der vorhergehend genannten Faktoren in ihren Eigenschaften auf­ weisen.
Außerdem kann gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Se­ lektivität des dynamischen Kühlens der Epidermis durch das Steuern von: (1) der Dauer des Kühlstrahls oder -strahlen, (2) der Menge von auf der Hautoberfläche abgelagerten Kryo­ mittels, so daß der Effekt der Verdampfungskühlung maximiert werden kann, und (3) der zeitlichen Abstimmung der dynami­ schen Kühlung relativ zur Laserbestrahlung optimiert werden.
Ferner wird erwartet, daß die Verwendung beim Einsatz eines tragbaren Handstücks maximiert werden kann, welches eine La­ serfaser zusammen mit einem Miniatur-Magnetventil enthält, um zeitlich Kryomittel-Strahlen auf die Haut auszulösen. In die­ sem Falle würde anstelle des Magnetventils 22 und des Laser­ zuführungs-Handstücks 32 gemäß Fig. 4 eine einzelne per Hand gehaltene Einheit verwendet werden. Der Gebrauch eines ein­ zelnen Instruments, um sowohl ausgerichtete Kryomittel- Strahlen zu schaffen, um bestimmte Flächen der Haut relativ zu dem bestrahlten Punkt selektiv zu kühlen, als auch den La­ serstrahl zu schaffen, wird ausdrücklich erwogen.
Die Wichtigkeit der dynamischen epidermalen Kühlung hat eine breite Bedeutung für die Entwicklung von zukünftigen Lasersystemen für die Feuermal-Therapie. Gegenwärtig ist es nur bei einem kleinen Teil der Patienten möglich, eine 100prozentige Ausbleichung ihrer Feuermale zu realisieren, selbst wenn sie sich mehreren Laserbehandlungen unterziehen. Ein Grund für Behandlungsfehler war die unzulängliche Wärme­ erzeugung innerhalb großer Feuermal-Blutgefäße. Eine in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel gezeigte Impulsdauer von 450 Mikrosekunden ist zu kurz, um ausreichend hohe Kern­ temperaturen über Zeitdauern zu erzeugen, welche lang genug sind, um große Feuermal-Blutgefäße irreversibel zu zerstören. Bei Lasersystemen, bei denen die vorliegende Erfindung mit Impulsdauern in der Größenordnung von einigen Millisekunden angewandt wird, wird ein verbessertes therapeutisches Ergeb­ nis erwartet. Obgleich bei längeren Impulsdauern größere Feu­ ermal-Blutgefäße mit Sicherheit zerstört werden, erzeugen derartige Lasersysteme aufgrund der unspezifischen Absorption durch das Melanin und die Wärmeabstrahlung von der geschädig­ ten Gefäßen auch eine größere epidermale Schädigung. Folglich ist in dem Geltungsbereich der Erfindung die selektive Küh­ lung und der Schutz der darüberliegenden Epidermis während Bestrahlungen mit längeren Impulsen enthalten.
Mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zum Beispiel zusätzlich zu sich wiederholenden Ablaufmustern von impulsartigen Kryomittel-Strahlen auf die Laserstelle vorzugsweise das Waschen bzw. Abspülen der Laserstelle vor, während und nach der Laserbestrahlung erwogen. Das Protokoll bzw. der Ablauf, in welchem die Kühlsubstanz aufgebracht wird, um die Wärmesenke auf der Epidermis-Oberfläche zu er­ zeugen, ist gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht eingeschränkt oder begrenzt, solange nur die Zeit zwischen dem Beginn des Auftretens der Kühlung der Epidermis und der Auslösung des Lasers im Vergleich mit der Zeit der thermi­ schen Diffusion des biologischen Auftreffziels, das thermisch zu zerstören ist, oder in diesem Fall, des Feuermals, kurz ist.
Ferner ist verständlich, daß, obgleich die vorliegende erfin­ dungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit Feuermalen be­ schrieben worden ist, die Anwendung der dynamischen Kühlung in Verbindung mit der Laserchirurgie auch bei vielen unter­ schiedlichen Anwendungsbereichen auf dem Gebiet der Dermato­ logie, wie zum Beispiel der Laserbehandlung von Tätowierungen und epidermalen und dermalen Melanosen, auf dem Gebiet der Ophthalmologie wie zum Beispiel der Kornea-Chirurgie, der Or­ thopädie und auf dem Gebiet der Zahnheilkunde direkt ange­ wandt werden kann. Die Vorrichtung kann in jedem Fall ange­ wandt werden, bei dem es wichtig ist, die Temperatur oder thermische Schädigung bei angrenzenden oder darüberliegenden Geweben auf einem niedrigen Niveau beizubehalten, während an­ dere Zielgewebe erwärmt oder thermisch beeinflußt werden.
Es können viele Abänderungen und Modifikationen durch Fach­ leute vorgenommen werden, ohne sich von dem Sinn und dem Gel­ tungsbereich der Erfindung zu entfernen. Deshalb ist ver­ ständlich, daß das veranschaulichte Ausführungsbeispiel nur zum Zweck der Erklärung anhand eines Beispiels dargelegt wor­ den ist, und keine Einschränkung der durch die folgenden An­ sprüche definierten Erfindung darstellt.
Das dynamische Kühlen beispielsweise der Epidermis eines Feu­ ermal-Patienten, welcher sich der Lasertherapie unterzieht, erlaubt mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Maxi­ mierung der thermischen Schädigung des Feuermals, während gleichzeitig die unspezifische Schädigung der normalen darü­ berliegenden Epidermis minimiert wird. Ein Kryomittel-Strahl kann für eine festgelegte kurze Zeitdauer in der Größenord­ nung von einigen zehn Millisekunden der Hautoberfläche zuge­ führt werden, so daß die Kühlung z. B. auf die Epidermis loka­ lisiert bleibt, während die Temperatur der tieferen Feuermal­ gefäße im wesentlichen unverändert bleibt. Das Ergebnis be­ steht darin, daß die epidermale Denaturierung und Nekrose, welche normalerweise an ungekühlten laserbehandelten Haut­ stellen auftritt, nicht auftritt und, daß eine klinisch sig­ nifikante Bleichung der Feuermale an den dynamisch gekühlten Stellen zeigt, daß eine selektive Laser-Fotothermolyse der Feuermal-Blutgefäße erreicht wird. Zusätzlich reduziert die dynamische epidermale Kühlung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Beschwerden des Patienten, die normalerweise mit der Therapie mit dem Blitzlampen-gepumpten Farbstoff- Impulslaser verbunden sind.

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Laserbehandlung von biologischem Gewebe, mit
einem Impulslaser (30),
einer steuerbaren Kühleinrichtung (22, 24), um einen Strahl einer festgelegten Menge einer kryogenen Flüssigkeit mit einer Oberfläche einer Bestrahlungszone eines ausge­ wählten Abschnitts des biologischen Gewebes zu kontaktie­ ren, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Zeitsteuerung (28) zum Triggern des Impulslasers (30) und der steuerbaren Kühleinrichtung (22, 24) vorgesehen ist, um einen festgelegten Laserimpuls in einen Oberflä­ chenbereich und einen tiefergelegenen Teil der Bestrah­ lungszone einzuschießen unmittelbar nachdem die steuerbare Kühleinrichtung den Strahl der kryogenen Flüssigkeit vor­ sieht,
wodurch die Bestrahlungsstelle des biologischen Gewebes dynamisch gekühlt wird, um die Laserbehandlung von Gewebe­ abschnitten in dieser Bestrahlungszone selektiv zu ermögli­ chen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Impulslaser ein Blitzlampen-gepumpter Farbstoff-Impulslaser ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung einen Speicher (24) für die kryogene Flüssig­ keit und ein elektronisch gesteuertes Magnetventil (22) aufweist, das mit dem Speicher (24) für die kryogene Flüs­ sigkeit verbunden ist, um während einer festgelegten Zeit­ dauer einen Strahl der kryogenen Flüssigkeit adiabatisch auszulösen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Zeitsteuerung ei­ nen digitalen Verzögerungsgenerator (28) aufweist, wobei die Zeitdauer des Strahls der kryogenen Flüssigkeit durch eine Triggerverzögerung bestimmt wird, die durch den mit der steuerbaren Kühleinrichtung und dem Impulslaser (30) verbundenen digitalen Verzögerungsgenerator (28) erzeugt wird, so daß die festgelegte Menge der kryogenen Flüssig­ keit bereitgestellt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Kühleinrichtung einen ausgewählten Abschnitt des biologischen Gewebes während eines festgelegten, ersten Zeitraums unter Schaffung eines instabilen, dynamischen Temperaturgradienten innerhalb des ausgewählten Abschnitts kühlt, so daß durch einen festgelegten, minimalen Tempera­ turabfall lediglich der ausgewählte Bereich des biologi­ schen Gewebes durch die festgelegte Menge der kryogenen Flüssigkeit gekühlt wird, wobei diese eine festgelegte Ver­ dampfungskälte besitzt, und
der Impulslaser (30) einen Oberflächenbereich und ei­ nen darunterliegenden Bereich des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes während eines festgelegten, zwei­ ten Zeitraums unmittelbar nach dem ersten Zeitraum zur thermischen Behandlung des darunterliegenden Bereichs des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes bestrahlt, wobei der Oberflächenbereich des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes im wesentlichen unbeschädigt bleibt,
während der Oberflächenbereich des ausgewählten Ab­ schnitts des biologischen Gewebes während des zweiten Zeit­ raums durch Zustandsänderung der kryogenen Flüssigkeit un­ ter Verdampfung und schneller Abführung der Wärme von dem Oberflächenbereich durch die Verdampfungskälte der kryoge­ nen Flüssigkeit gekühlt wird, wobei die Wärme in einer Men­ ge abgeführt wird, die durch die festgelegte Menge der kryogenen Flüssigkeit bestimmt ist, welche auf den Oberflä­ chenbereich des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes aufgebracht wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenbe­ reich an den darunterliegenden Bereich angrenzt und der Im­ pulslaser (30) den darunterliegenden Bereich des ausgewähl­ ten Abschnitts des biologischen Gewebes durch den Oberflä­ chenbereich hindurch bestrahlt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das biologische Gewe­ be Haut ist, der Oberflächenbereich die Epidermis und der darunterliegende Bereich die Dermis ist, welche unterhalb des in der Epidermis enthaltenen Melanins liegt und die steuerbare Kühleinrichtung ein festgelegtes, dynamisches Temperaturprofil im wesentlichen lediglich in der Epidermis schafft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung Tröpfchen der kryogenen Flüssigkeit auf dem ausgewählten Abschnitt aufbringt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung einen Nebel der kryogenen Flüssigkeit auf den ausgewählten Abschnitt aufbringt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung eine mit dem Oberflächenbereich des ausgewähl­ ten Abschnitts des biologischen Gewebes gekoppelte, thermi­ sche Wärmesenke schafft.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung in dem Oberflächenbereich des ausgewählten Ab­ schnitts des biologischen Gewebes im wesentlichen die Be­ seitigung einer Luft/Oberflächen-Isolationsbarriere schafft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung eine Flüssigkeit mit festgelegter Kühltempera­ tur auf der Oberfläche des Oberflächenbereichs des ausge­ wählten Abschnitts des biologischen Gewebes vorsieht, wobei die Flüssigkeit einen Siedepunkt unterhalb der Normaltempe­ ratur des Oberflächenbereichs des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes aufweist und der erste festgelegte Zeitraum zur Aufbringung des Strahls der kryogenen Flüssig­ keit ausreicht, um einen Temperaturabfall auf der Oberflä­ che des Oberflächenbereichs des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes von etwa 40 bis 50°C vorzusehen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung einen Strahl der kryogenen Flüssigkeit mit ei­ ner Dauer von einigen zehn Millisekunden bereitstellt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung und der Impulslaser so gesteuert sind, daß ein festgelegtes, dynamisches Temperaturprofil in dem Oberflä­ chenbereich des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes nach Bestrahlung des darunterliegenden Bereichs des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes wiederher­ gestellt wird und der Oberflächenbereich und der darunter­ liegende Bereich des ausgewählten Abschnitts des biologi­ schen Gewebes thermisch gekoppelt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die steuerbare Küh­ leinrichtung und der Impulslaser so gesteuert sind, daß ein festgelegtes, dynamisches Temperaturprofil in den Oberflä­ chenbereich des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes unmittelbar nach Bestrahlung des Oberflächenbe­ reichs und des darunterliegenden Bereichs des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes mit dem Impulslaser wiederhergestellt wird, durch Aufbringung von mehr kryoge­ ner Flüssigkeit durch die steuerbare Kühleinrichtung auf den Oberflächenbereich unmittelbar nach der Laserbestrah­ lung.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5 zur Laserbehandlung von Feuermal-Muttermalen auf menschlicher Haut mit einer Melanin enthaltenden Epidermis und einer die Feuermale ent­ haltenden Dermis, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Kühlvorrichtung zur dynamischen Kühlung der Epi­ dermis durch direktes Aufbringen einer festgelegten Menge der kryogenen Flüssigkeit auf die Epidermis, so daß die Einstellung eines festgelegten, instabilen Temperaturpro­ fils innerhalb der Epidermis innerhalb eines ersten Zeit­ raums erreicht wird, der im wesentlichen kürzer ist als die thermische Diffusion zwischen dem Feuermal in der Dermis und der darüberliegenden Epidermis; und
eine Laservorrichtung zur unmittelbar darauf erfolgen­ den Bestrahlung des Feuermals in der Dermis durch die Epi­ dermis hindurch während eines zweiten, festgelegten Zeit­ raums, der zur selektiven Zerstörung von Hautblutgefäßen in dem Feuermal ausreicht, aber während eines kürzeren Zeit­ raums als der thermischen Diffusionszeit zwischen der Epi­ dermis und der Dermis; und
wobei die Kühlvorrichtung gleichzeitig mit der Laser­ vorrichtung die Epidermis durch Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit schnell abkühlt und die Menge der kryogenen Flüssigkeit, die auf die Epidermis aufgebracht wird, so ge­ steuert ist, daß die Aufbringung einer Kühlmenge durch die Kühlvorrichtung auf die Epidermis und die Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit im Vergleich zur Aufbringung einer Wärmemenge auf die Epidermis durch die Laservorrichtung zeitlich versetzt ist, wobei das Feuermal ohne wesentliche biologische Schädigung der Epidermis zerstört wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, welche aufweist:
eine Auftragsvorrichtung für die kryogene Flüssigkeit zur Aufbringung einer ausgewählten Kühlmenge der kryogenen Flüssigkeit in direktem Kontakt mit der Oberfläche in der Bestrahlungszone des ausgewählten Abschnitts des biologi­ schen Gewebes während des ersten ausgewählten Zeitraums; und
einen Laser zur Bestrahlung des Oberflächenbereichs und von Ziel-Chromophoren in dem angrenzenden und darunter­ liegenden Bereich in der Bestrahlungszone des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes unmittelbar nach Ende des ersten ausgewählten Zeitraums und Weiterbestrahlung während des zweiten ausgewählten Zeitraums, wobei das Ende des ersten ausgewählten Zeitraums innerhalb weniger Milli­ sekunden gesteuert wird und der erste ausgewählte Zeitraum kürzer ist als zur wesentlichen Kühlung der Ziel- Chromophoren erforderlich ist;
wobei der Laser so gesteuert wird, daß die Bestrahlung des Oberflächenbereichs und des darunterliegenden Bereichs in der Bestrahlungszone des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes am Ende des zweiten ausgewählten Zeit­ raums beendet wird und das Ende des zweiten ausgewählten Zeitraums innerhalb einiger Millisekunden steuerbar ist, und wobei der zweite ausgewählte Zeitraum kürzer ist, als daß die Schädigung in dem Oberflächenbereich in der Be­ strahlungszone des ausgewählten Abschnitts eintreten kann, wobei der darunterliegende Bereich in der Bestrahlungszone des ausgewählten Abschnitts des biologischen Gewebes ther­ misch ohne Schädigung des Oberflächenbereichs behandelbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Auftragsvor­ richtung für die kryogene Flüssigkeit und der Laser so ge­ steuert werden, daß der erste Zeitraum in Abhängigkeit der thermischen Dosierung ausgewählt wird, die dem darunterlie­ genden Bereich in der Bestrahlungszone des ausgewählten Ab­ schnitts des biologischen Gewebes während des zweiten Zeit­ raums zugeführt wird, und der zweite Zeitraum so gewählt wird, daß eine thermische Dosis den Ziel-Chromophoren des darunterliegenden Bereichs des biologischen Gewebes zuge­ führt wird, welche zur Behandlung der Ziel-Chromophoren wirksam ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Auftragsvor­ richtung für die kryogene Flüssigkeit die kryogene Flüssig­ keit auf das biologische Gewebe in flüssiger Form durch feine Tropfenwirbel aufbringt.
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