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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von
Haaren mit optischer Strahlung. Übermäßige Behaarung
(Hypertrichose) und/oder unerwünschte
Haare sind weit verbreitete dermatologische und kosmetische Probleme
und können
durch Vererbung, Malignität
oder endokrinologische Krankheiten, z. B. Hirsutismus (d. h. durch
Hormone wie z. B. Androgene bedingte übermäßige Behaarung) verursacht
werden. Haare können
mit einer Anzahl verschiedener Methoden, darunter Wachsepilation,
Enthaarungscremes und selbstverständlich Rasieren, vorübergehend
entfernt werden. Alternativ können
Haare durch Elektrolyse permanent entfernt werden; dieser Prozess
beinhaltet das Einführen
einer stromführenden
Nadel in jedes Haarfollikel und ist oft schmerzhaft, uneffizient
und zeitraubend.
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Auf
optischer Technik basierende Verfahren, wie z. B. die Verwendung
von Laserlicht, werden ebenfalls für die Enthaarung eingesetzt.
Zum Beispiel beschreibt US-A-4 388 924 die Bestrahlung einzelner
Haarfollikel mit einem Laser; bei diesem Verfahren bewirkt die Erwärmung des
Wurzelteils des Haares die Gerinnung in den lokalen Blutgefäßen, was
die Zerstörung
des Follikels und somit die Beseitigung des Haares bewirkt. Verwandte
Methoden, wie die in US-A-5 226 907 beschriebenen, betreffen die
Zerstörung
des Follikels durch erstens Auftragen eines lichtabsorbierenden
Stoffes auf den Bereich von Interesse, wobei der lichtabsorbierende
Stoff wenigstens teilweise in das Follikel hineinwandert, Entfernen
von überschüssigem lichtabsorbierendem
Stoff und dann Bestrahlen des Bereichs zum Erwärmen des Stoffs und somit des
Follikels, um die Zerstörung
des Follikels zu verursachen.
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Die
obigen Methoden vom Stand der Technik haben eine Anzahl von Begrenzungen.
Zunächst
sind die Methoden zum Bestrahlen eines einzelnen Haarfollikels zeitraubend
und daher allgemein zum Entfernen von Haaren, außer aus einem sehr kleinen
Bereich oder aus einem Bereich, in dem sich nur wenige Haare befinden,
nicht praktisch. Der Vorgang kann auch sehr schmerzhaft sein, besonders
wenn ein nadelartiges Element in das Haarfollikel eingeführt wird,
um zu ermöglichen,
dass Lichtenergie den Bulbus oder die Haarwurzel oder Papille erreicht,
Teile des Haarfollikels, die zerstört werden müssen, um ein Nachwachsen des Haares
zu verhindern. Wo die Strahlungsquelle nicht in das Follikel eingeführt wird,
ist es schwierig, den erforderlichen Teilen des Follikels ausreichend
Energie zuzuführen,
um ihre Zerstörung
zu bewirken, ohne gleichzeitig auch an dem umgebenden Gewebe beträchtlichen
Schaden zu verursachen und dem Patienten dadurch Schmerzen und Verletzungen
zuzufügen.
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Während die
Methode des letzteren Patentes insofern vorteilhaft ist, als sie
das gleichzeitige Entfernen einer Anzahl von Haaren in einem bestimmten
Bereich zulässt,
ist es mit dieser Methode schwierig, den lichtabsorbierenden Stoff
oder Chromophor tief genug in das Follikel einzubringen, um die
Zerstörung
der Papille zu bewirken. Ferner führt diese Methode dazu, dass
beträchtliche
Energie auf die Epidermis und andere Hautschichten im behandelten
Bereich ausgeübt
und von diesen absorbiert wird, wobei beträchtlich weniger Energie die
Wurzel oder Papille des Follikels erreicht. Die völlige Zerstörung des
Follikels und daher permanente oder wenigstens langfristige Enthaarung
lässt sich
daher nur schwer erreichen, besonders ohne eine Beschädigung der
Epidermis und anderer Hautschichten in dem Bereich zu riskieren.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Methode zur Durchführung der
Haarentfernung, die optischer Energie das Erreichen von Bulbus und
Grund oder Wurzel von Haarfollikeln in einem Bereich ermöglicht,
während
die Beschädigung
der Epidermis in dem Bereich minimiert wird, wodurch Beschwerden
für den Patienten
und potentielle nachteilige Nebenwirkungen der Behandlung minimiert
werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung zum gleichzeitigen
Entfernen einer Mehrzahl von Haaren von einem Hautbereich vor, wie
in Anspruch 1 definiert.
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Die
genannte Strahlung hat vorzugsweise eine Wellenlänge zwischen 680 nm und 900
nm und eine Fluenz zwischen 10 J/cm2 und
200 J/cm2 und die Dauer der Bestrahlung
des genannten Hautbereichs beträgt 50 μs bis 200
ms, vorzugsweise 2 ms bis 200 ms und bevorzugt 2 ms bis 100 ms.
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Vorzugsweise
ist auch wenigstens die genannte Oberfläche des Applikators aus einem
Material mit einem Brechungsindex, der mit dem Brechungsindex der
Hautoberfläche
in dem genannten Hautbereich im Wesentlichen übereinstimmt, gebildet.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung auch ein Element in dem optischen Weg zum
Konvergieren der optischen Strahlung beim Verlassen des Applikators
durch die genannte Oberfläche.
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Ebenfalls
vorzugsweise beinhaltet der Applikator ferner ein Gehäuse, wobei
eine an dem Gehäuse
angeordnete Oberfläche
eine konvexe Form hat und ausgeführt
ist, um in dem genannten Hautbereich mit der Hautoberfläche in Druckkontakt
zu sein.
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Die
Methode zum Gebrauch der Vorrichtung der Erfindung beinhaltet das
Inberührungbringen
des Applikators mit der Hautoberfläche in dem Hautbereich und
das Ausüben
optischer Strahlung einer ausgewählten Wellenlänge und
einer ausgewählten
Fluenz durch den Applikator auf den Hautbereich für ein vorbestimmtes Zeitintervall.
Der Applikator wird vorzugsweise auf die Hautoberfläche gepresst,
wodurch der Abstand vom Applikator zur Papille der Haarfollikel
verringert und ihre Zerstörung
ermöglicht
wird. Ferner kann die Hautfläche im
Hautbereich während
des Ausübens
optischer Strahlung auf den Hautbereich und/oder vorher auf eine
ausgewählte
Tiefe gekühlt
werden.
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Der
Applikator wird zum Kühlen
der Hautfläche
im Hautbereich auf die auswählte
Tiefe genutzt und die ausgewählte
Tiefe ist vorzugsweise wenigstens gleich der Tiefe der Epidermisschicht
der Haut (d. h. die der Hautoberfläche am nächsten liegende Hautschicht
(Oberhaut)). Das Kühlen
durch den Applikator wird durch Kühlen von wenigstens der Oberfläche des
mit der Hautoberfläche
in Berührung
befindlichen Applikators erreicht, wobei derartiges Kühlen vorzugsweise
vor und während
der Bestrahlung der Haut erfolgt. Vorzugsweise wird das Kühlen des
Applikators durch Hindurchführen
eines Kühlungsfluids,
wie z. B. Wasser, durch den Applikator, vorzugsweise durch einen
Kanal nahe der Oberflächen
erreicht. Vorzugsweise wird das Bestrahlung der Hautoberfläche nicht
durchgeführt,
bis der Hautbereich auf im Wesentlichen die ausgewählte Tiefe
gekühlt
worden ist. Bevorzugt wird die Kühlung
sowohl vor als auch während
der Bestrahlung durchgeführt,
und der ausgewählte
Fluss und die vorbestimmte Belichtungszeit (d. h. Zeitintervall
für die
Bestrahlung) werden so ausgewählt,
dass es höchstens
eine minimale Erwärmung
der Haut im Hautbereich bis auf die ausgewählte Tiefe gibt, während Haare
und Follikel unterhalb der ausgewählten Tiefe ausreichend erwärmt werden,
um wenigstens die Haare und Follikel zu beschädigen, ohne eine signifikante
Beschädigung
des die Follikel umgebenden Gewebes zu verursachen. Ein bevorzugtes
Zeitintervall für
die Bestrahlung ist 2 bis 100 ms.
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In
einigen Ausgestaltungen konvergiert der Applikator auf den Hautbereich
aufgestrahlte optische Strahlen, wodurch die Bestrahlung der Follikelpapillen
weiter erleichtert wird.
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Vorzugsweise
ist das Element, das die Strahlen konvergiert, eine Linse. In bevorzugten
Ausgestaltungen hat der Applikator auch eine mit der Hautoberfläche in Berührung befindliche
konvexe Oberfläche,
die weitgehend einheitlichen Druck auf sie ausübt, um die darunter liegende
Hautoberfläche
zu verformen. Für
anderen Ausgestaltungen ist der Applikator zum Bilden einer Hautfalte
im Hautbereich und zum Übertragen
optischer Strahlung auf zwei weitgehend entgegengesetzte Seiten
der Falte ausgelegt. Beispielsweise kann der Applikator eine in
seiner Oberfläche,
die mit der Hautoberfläche
in Berührung
ist, gebildete Ausnehmung (Schlitz) haben, wobei wenigstens ein
Teil des Hautbereichs in die Ausnehmung hineingezogen wird und der Hautbereich
mit optischen Strahlen von wenigstens zwei entgegengesetzten Seiten
der Ausnehmung bestrahlt wird.
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In
einigen Ausgestaltungen kann eine beträchtliche Brechungsindexanpassung
zwischen dem Applikator und der Hautoberfläche in dem genannten Hautbereich
aufrecht erhalten werden. Eine solche Brechungsindexanpassung kann
durch eine Schicht von Brechwertanpassungsstoff zwischen dem Applikator
und der Hautoberfläche
in einem Hautbereich und/oder durch Bilden des Applikators aus einem
Material bereitgestellt werden, das wenigstens für die mit dem Hautbereich in
Berührung
befindliche Oberfläche
einen Brechungsindex hat, der im Wesentlichen mit dem der Hautoberfläche übereinstimmt.
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Zum
Erleichtern der Enthaarung kann die Behaarung im Hautbereich vor
der Bestrahlung abrasiert werden. Eventuell ist es aber vorzuziehen,
die Haare im Hautbereich vor der Bestrahlung zu epilieren. Wenn Haare
epiliert werden, kann die Zerstörung
der Follikel dadurch erleichtert werden, dass die Follikel, aus
denen Haare epiliert wurden, mit einem Stoff gefüllt werden, der vorzugsweise
optische Strahlen mit der für
die Bestrahlung verwendeten ausgewählten Wellenlänge absorbiert
(d. h. ein Chromophor). Ferner kann, wenn nur eine vorübergehende
Enthaarung gewünscht
wird, dies relativ schmerzlos für
einen Zeitraum von bis zu mehreren Wochen erreicht werden, indem
der Chromophor auf den Bereich aufgetragen wird, der vorzugsweise zuvor
rasiert worden ist, wobei der Chromophor bis auf eine Tiefe von
einigen Millimetern, ungefähr
bis auf die Tiefe der Talgdrüse
in die Haarfollikel eindringt. Durch den Applikator auf den Hautbereich
ausgeübte
schwache Bestrahlung ergibt dann die Zerstörung des Haares ohne eine Zerstörung des
Follikels.
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In
einer Ausgestaltung hat die mit der Haut in Berührung befindliche Oberfläche des
Applikators eine konvexe Form, während
die Oberfläche
für eine
alternative Ausgestaltung eine in ihr gebildete Ausnehmung hat,
wobei der optische Weg zu wenigstens zwei entgegengesetzten Seiten
der Ausnehmung führt,
und der Applikator eine Einrichtung zum Hineinziehen von wenigstens
einem Teil des Hautbereichs in den Schlitz hinein hat, wobei diese
Einzieheinrichtung vorzugsweise ein Unterdruckanlegeelement aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft
weiter beschrieben. Dabei zeigt bzw. zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Enthaarungsvorrichtung
auf Laserbasis;
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2A und 2B Querschnittansichten
einer Bestrahlungseinheit oder eines Applikators, die/der zur Verwendung
mit einer Enthaarungsvorrichtung der Erfindung geeignet ist, wobei
der Applikator Licht von einem Lichtwellenleiter oder einem Lichtwellenleiterbündel beziehungsweise
einer Spiegelbaugruppe erhält;
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3A, 3B und 3C eine
auseinandergezogene Querschnittansicht der Kontaktvorrichtung der
Bestrahlungseinheit in direktem Kontakt mit einem Haare enthaltenden
Hautbereich bzw. eine ausbruchweise Querschnittansicht, die die
rückgestreuten
optischen Felder am Schnittstellenbereich Kontaktvorrichtung/Epidermis
zeigt, und eine ausbruchsweise Querschnittansicht, die den Wärmetransport
am Schnittstellenbereich zeigt;
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4 eine
grafische Darstellung, die die optischen Absorptionsspektra von
Melanin, Hämoglobin,
oxidiertem Hämoglobin
und Wasser zeigt;
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5A und 5B die
zeitlichen und räumlichen
Profile bzw. das bevorzugte optische Feld, die während des Enthaarungsprozesses
verwendet werden;
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6 eine
grafische Darstellung der computererzeugten optischen Intensität (Leistungsdichte)
im Verhältnis
zur Hauttiefe für
verschiedene optische Felder;
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7 eine
Fotografie, die Hautbereiche eines Patienten drei Monate nach der
Behandlung gemäß dem Enthaarungsverfahren
der Erfindung zeigt;
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8A, 8B und 8C Oszilloskopkurven,
die die zeitabhängigen
Temperaturreaktionen von trockenem schwarzem Haar bzw. nassem schwarzem
Haar und von den schwarzhaarigen Versuchsbereich umgebender lebender
Haut nach der Bestrahlung zeigen;
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9 eine
grafische Darstellung, die den Temperaturanstieg im Verhältnis zu
Laserimpulsenergie für trockenes
Haar (DH), nasses Haar (WH) und Haut (S) von Versuchsbereichen acht
verschiedener Patienten zeigt;
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10A einen teilweisen Querschnitt eines Applikators
der Erfindung, der zum Ausüben
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird, wobei
vor der Bestrahlung eine Epilation und das Füllen leerer Follikel mit einem
Chromophor durchgeführt
werden, und
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10B einen Querschnitt eines Applikators gemäß einer
weiteren zur Haarentfernung verwendeten Ausgestaltung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Ein
beispielhaftes lasergestütztes Haarentfernungssystem 10,
Bezug nehmend auf 1, hat eine Lichtquelle 12,
die z. B. einen oder mehr Laser zum Erzeugen des Bestrahlungsfeldes
aufweisen kann. Die Lichtquelle 12 kann optisch in eine
Reihe von strahlmanipulierenden Optiken 14 eingekoppelt
sein, die wiederum über
ein Lichtwellenleiterkabel 16 (oder eine andere faseroptische
Vorrichtung) mit der Bestrahlungseinheit oder dem Applikator 18 verbunden
sein können.
Während
der Enthaarungstherapie wird die Lichtquelle von einer Spannungs-
und Stromversorgung 19 betrieben und überträgt einen Lichtstrom durch die
Optik 14 und die Faseroptik 16 zur Bestrahlungseinheit
oder zum Applikator 18. Das Feld wird dann an einem Bereich 20 eines
Patienten 22 (der sich zum Beispiel auf einem Tisch 25,
einem Stuhl oder einem anderen geeigneten Positionierungselement,
je nach der Lage des Bereichs 20 am Körper des Patienten, befindet)
erzeugt, was zum Entfernen von Haar in dem Bereich 20 führt. Wenn
der gewünschte
Bereich behandelt worden ist, kann die Bestrahlungseinheit leicht
am Patienten 22 entlang bewegt werden, wie durch Pfeile 27 angedeutet,
und zum Behandeln nachfolgender Bereiche verwendet werden.
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Die
räumlichen
und zeitlichen Eigenschaften des optischen Feldes bestimmen die
Effizienz des Enthaarungsprozesses, und einige dieser Eigenschaften
können,
wenn erwünscht,
mit einer Reihe von Einstellelementen 24, 26, 28 eingestellt
werden, die sich an verschiedenen Komponenten des Haarentfernungssystems 10 befinden.
Beispielsweise können
mit Hilfe der an der Stromversorgung befindlichen Einstellelemente 24 die
optische Intensität
und Pulsrate des Bestrahlungsfeldes gesteuert werden, indem Parameter
wie Spannung, Strom und Schaltrate für die Stromversorgung des Lasers
eingestellt werden. Andere Eigenschaften des Feldes, wie Wellenlänge und
Impulsdauer, können
mit den Einstellelementen 26 variiert werden, die Komponenten
(z. B. Gitter-, Spiegel- oder Filterpositionen, Verschlüsse oder
impulsformende Einrichtungen) der Lichtquelle 12 einstellen;
für bevorzugte
Ausgestaltungen würde
die Wellenlänge
aber nicht verstellt. Desgleichen können Einstellelemente 28 zum
Einstellen der Modulationsoptik 14 verwendet werden, was
die Regelung von Eigenschaften wie Modenqualität, Strahldurchmesser und Einkopplung
des Bestrahlungsfeldes in die Faseroptik 16 zur Folge hat.
Alle Einstellelemente können
von Hand eingestellt werden und das System kann auch von Hand (d.
h. der Laser kann eingeschaltet werden) oder alternativ mit einem
mit dem System 10 verbundenen Pedal 30 betätigt werden.
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In
anderen Ausgestaltungen können
Lichtquelle, Kopplungsoptik und Bestrahlungseinheit in einem einzelnen,
handgehaltenen Gerät
eingeschlossen sein.
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In
diesem Fall ist die Lichtquelle vorzugsweise eine Anordnung von
direkt mit der Bestrahlungseinheit gekoppelten Diodenlasern und
wird von einer kleinen externen Stromversorgung angetrieben. Die
Kompaktheit dieser Art von optischem System lässt eine kontrollierbarere,
manövrierbarere
Vorrichtung zu und schließt zusätzlich die
Notwendigkeit von Lichtwellenleiter-Übertragungssystemen aus.
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Um
die bestrahlten Haarfollikel effektiv zu zerstören, ohne die umgebende Haut
zu beschädigen,
ist das von dem System 10 und der Bestrahlungseinheit 18 erzeugte
Lichtfeld für
das Maximieren des Quantums der in die Haarfollikel eingetragenen
lichtinduzierten Wärme,
während
der Grad der Verletzung der umgebenden Haut reduziert wird, ausgelegt.
Vorzugsweise wird z. B. ausreichend optische Energie zu mehreren „Ziel"-Bereichen (Targets)
am Haarfollikel übertragen;
zu diesen Bereichen übertragene
Strahlung hat eine vollständige
und lokalisierte Zerstörung
der Follikel zur Folge.
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Vor
der Behandlung kann der zu behandelnde Bereich rasiert werden, um
die Bestrahlung der Follikel zu erleichtern. Alternativ, wie später noch
besprochen wird, können
Haare in dem Bereich epiliert werden und ein Chromophor kann auf
Bereich 20 aufgetragen werden, wobei dieses Chromophor
in die leeren Follikel wandert. Überschüssiges Chromophor
kann dann vor der Bestrahlung von der Hautoberfläche entfernt werden. Vor der
Behandlung kann auch ein anästhesierendes
Mittel lokal eingespritzt oder auf die Hautoberfläche aufgetragen
werden, und nach der Behandlung können Patienten mit topischen
antibiotischen Salben behandelt werden.
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Mechanische
Konstruktion
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Der
Applikator oder die Bestrahlungseinheit 18 des Haarentfernungssystems,
jetzt mit Bezug auf die 2A und 2B,
erlaubt die Übertragung
des Bestrahlungsfeldes 38 auf die im Bereich 20 befindlichen Haarfollikel 40.
Wie in 2A gezeigt, kann das Feld 38 mit
Hilfe eines Lichtwellenleiterkabels 16 (oder einer anderen
faseroptischen Vorrichtung), das eine oder mehr Glasfasern oder
faseroptischen Bündel
enthält,
zur Bestrahlungseinheit 18 übertragen werden. In diesem
Fall ist das Feld 38 nach dem Verlassen des Hohlleiters im
typischen Fall räumlich
gestreut und wird vorzugsweise mit einer plankonvexen Linse 42 gesammelt
und grob ausgerichtet. Alternativ kann das Feld, wie in 2B gezeigt,
beispielsweise mit einem oder mehreren Reflexionsspiegeln 44 zur
Bestrahlungseinheit übertragen
werden. Dies lässt
es zu, dass das Feld 38 grob ausgerichtet wird, bevor es
auf die Linse 42 auftrifft. In Abhängigkeit von der Brennweite
der Linse 42 und der Modenqualität des Bestrahlungsfeldes wird
das Feld vorzugsweise mit Hilfe z. B. einer plankonvexen Linse, wie
in der Figur gezeigt, verdichtet. Nachdem der Strahl durch diese
Optik hindurchgeleitet worden ist, trifft er auf eine Linse oder
Kontaktvorrichtung 46 auf, die mit dem Hautbereich 20 in
Berührung
gebracht ist.
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Die
optischen und mechanischen Eigenschaften der Kontaktvorrichtung 46 sind
ausgewählt,
um effizientes Einkoppeln der optischen Strahlung in den Hautbereich
zuzulassen (was ein übertragenes
Feld 38 zur Folge hat), und die thermischen Eigenschaften
der Kontaktvorrichtung sind ausgewählt, um effizientes Auskoppeln
von Wärme
aus dem Hautbereich zuzulassen. Wenn das Feld übertragen worden ist, wird
es zum Bestrahlen, Erwärmen
und dann Zerstören
der Haarfollikel 40 verwendet. Die Kontaktvorrichtung 46 wird
außerdem
zum Auskoppeln von Licht und Wärme
aus der oberflächlichen
Hautschicht (d. h. Epidermis) des bestrahlten Bereichs verwendet.
Das lässt
die Bestrahlung und selektive Erwärmung des im tiefen Teil der
Haarfollikel enthaltenen, lichtabsorbierenden Pigments (d. h. Melanin)
zu, was die permanente Zerstörung
des Follikels erlaubt, während
potentiell nachteilige optische und thermische Energie gleichzeitig
aus den darüberliegenden Hautschichten
herausgeleitet wird. Es können
somit mehrere Haarfollikel zerstört
werden, wodurch Haar bleibend aus dem Hautbereich entfernt wird,
ohne dem Patienten wesentliche Schmerzen oder Verletzungen zu verursachen.
Die zerstörten
Follikel werden schließlich
vom Körper
entfernt.
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Sowohl
die Linse 42 als auch die Kontaktvorrichtung 46 sind
vorzugsweise in einem Gehäuse 48 angeordnet,
das Eingangs- 50 und Ausgangsöffnungen 52 zum Hinein-
und Herausfließen
von Fluids enthält,
wie z. B. Kühlwasser
und reines Gas (d. h. Stickstoff zum Verhindern des Beschlagens
der Linse); Fluids werden zum Kühlen
der Kontaktvorrichtung 46 verwendet, die wiederum die Hautoberfläche kühlt. Alternativ
kann das Gehäuse 48 einen
elektrisch gesteuerten Kühler
haben, um die genaue Kontrolle über
die Temperatur der Kontaktvorrichtung 46 zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
wird die Temperatur der Oberflächenschicht
oder Epidermis (Oberhaut) der Haut auf zwischen 4–15°C verringert.
Außerdem
wird bevorzugt, dass man vor der Bestrahlung einen kurze Zeitraum (z.
B. ungefähr
eine Sekunde) verstreichen lässt,
um sicherzustellen, dass die Epidermis ausreichend gekühlt wird.
Ein externes Gehäuse 39,
wie in 2B durch die gestrichelte Linie
angedeutet, oder ein Lichtwellenleiter-Kopplungsgehäuse 37,
wie in 2A gezeigt, kann zum Verbinden
der lichterzeugenden Einrichtung mit dem Gehäuse 48 verwendet werden.
Die Kontaktvorrichtung 46, jetzt Bezug nehmend auf 3A,
ist vorzugsweise zu einer zum Konvergieren des Bestrahlungsfeldes,
vorzugsweise nahe dem unteren Ende des Haarfollikels 40,
geformten Linse geformt. Um Licht zu konvergieren, muss die Kontaktvorrichtung
bei der Bestrahlungswellenlänge
optisch transparent sein und hat vorzugsweise eine bikonvexe oder
plankonvexe Linsenform, vorzugsweise mit einer Blendenzahl, die
kleiner als oder gleich f/1,0 ist, und eine Brennweite zwischen ungefähr 0,5 und
2 cm. Die Kontrolle über
die Oberflächenform
der Kontaktvorrichtung erlaubt dem konvergierten Lichtfeld 38'' die gleichzeitige Bestrahlung
verschiedener Zielteile des Haarfollikels, was zu einer effizienten
Zerstörung
führt.
Typisch hat jeder bestrahlte Haarschaft einen Durchmesser von ungefähr 75 Mikrometern,
wobei das gesamte Follikel einen Durchmesser von ungefähr 200 Mikrometern
hat.
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Nach
dem Passieren durch die Kontaktvorrichtung 46 wird das
Lichtfeld 38'' vorzugsweise
durch die Epidermis 56 der Hautschicht (die eine Dicke
von beispielsweise ungefähr
0,1 mm hat) hindurch konvergiert und in der Dermis 58 nahe
den Papillen 54 der Follikel 40 verdichtet. Weil
die dermale Dicke über
den Körper verbreitet
stark variiert, können
die Papillen oberflächlich
(wie z. B. an Augenlidern und Hodensack) sein, aber in den meisten
Bereichen von Interesse (z. B. Gesicht, Achselhöhlen und Beine) befinden sich
die Papillen auf Tiefen von ungefähr 4 bis 7 mm unterhalb der
epidermalen Oberfläche.
Einige Zehntel Millimeter unterhalb der Papillen befinden sich neurovaskulare
Bündel 60,
die den metabolischen und anderen Bedürfnissen einer Haarmatrix dienen,
dem Bereich rasch wachsender, Keratin einlagernder Zellen in der
Papille, die den Haarschaft 55 produzieren. Matrix, Papille
und das entsprechende vaskulare Bündel sowie der Bulbus nahe
der Mitte des Follikels stellen die zu bestrahlenden/zerstörenden follikularen
Ziele dar.
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Vorzugsweise
wird das Feld während
der Bestrahlung dieser Bereiche gepulst, wobei die Bestrahlungsimpulsdauer
kurz genug gehalten wird, sodass die Beschädigung gemäß den Grundsätzen der
selektiven Photothermolyse auf einen kleinen Bereich der Dermis
(typisch innerhalb von ungefähr
0,2 mm) um jedes Follikel herum lokalisiert wird. Das Ausmaß der Beschädigung ist
vorzugsweise viel kleiner als die Hälfte des Abstands zwischen
benachbarten Follikeln (typisch zwischen 1 und 4 mm); wenn es bedeutend
größer als
diese ist, kann die lichtinduzierte Verletzung eine Verbrennung
dritten Grades ergeben.
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Außer dem
Bereitstellen einer lichtkonvergierenden Funktion erlaubt eine Kontaktvorrichtung 46 mit einer
konvexförmigen
Oberfläche 62 auch,
dass die Haut während
der Berührung
effizient zusammengedrückt wird.
Das Zusammendrücken
der unter der Oberfläche 62 der
Kontaktvorrichtung befindlichen Dermis 58 verringert den
Abstand zwischen diesem Bereich und den Papillen; je nach der angewendeten
Kraft kann der Abstand um bis zu mehrere Millimeter verringert werden.
Weil das Strahlungsfeld 38'' während der
Fortpflanzung durch die Dermis gestreut und entsprechend geschwächt wird,
führt das
Zusammendrücken
der Haut dazu, mehr Licht zu tiefen Teilen der Haarfollikel zu bringen
für effizienteres
lichtinduziertes Erwärmen
der Papillen. Außerdem
drückt
das Zusammendrücken
der Dermis mit der Kontaktvorrichtung mit einem Druck, der größer als
der Blutdruck des Patienten ist, lichtabsorbierendes Blut aus dem
bestrahlten Bereich heraus (während
der Behandlung durch ein Verblassen der Haut im unter Druck gesetzten
Bereich angedeutet). Das verringert die Absorption des optischen
Feldes, was zu einer effizienteren Übertragung von Licht zu den
follikularen Zielbereichen führt.
Mit einer Kontaktvorrichtung mit einer konvexen Oberfläche ausgeübter Druck
ergibt eine relativ einheitliche Verdrängung des Blutes aus dem Hautbereich.
Daher wird eine Kontaktvorrichtung mit dieser Form einer flachen
Vorrichtung vorgezogen, die oft Bereiche erzeugt, die mittlere Teile
haben, die nicht vollkommen blutleer sind.
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In
anderen Ausgestaltungen kann die Kontaktvorrichtung auf gefederte
Weise in dem Gehäuse
montiert sein, sodass sie mit einstellbarem Druck gegen die Hautoberfläche gedrückt werden
kann.
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Außerdem kann
der Federmechanismus in dieser Ausgestaltung an einer Sensor- und
Anzeigevorrichtung angebracht sein, sodass der genaue auf die Hautoberfläche ausgeübte Druck
genau überwacht und/oder
geregelt werden kann.
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Wenn
sie gegen die Haut gedrückt
wird, erlaubt die Kontaktvorrichtung 46 das Ein- und Auskoppeln optischer
Strahlen in die Epidermis und aus ihr heraus. Der Brechungsindex
(nCD) der Kontaktvorrichtung 46, wobei
jetzt auf 3B Bezug genommen wird, muss
ungefähr
mit dem (nEP) der Epidermis 56 übereinstimmen,
der ungefähr
1,55 beträgt.
Weil von einem brechenden Medium (d. h. der Kontaktvorrichtung)
zu einem anderen (der Epidermis) sich bewegendes Licht an der die
zwei Bereiche trennenden Schnittstelle 57 um einen Betrag
gebrochen wird, der mit dem Quadrat der Brechungsindexdifferenz
in Bezug steht, lässt
das Fast-Abstimmen der Brechungsindexe das effiziente Einkoppeln
des Strahlungsfeldes in die Haut zu. Eine aus einem Material mit
einem nahe an 1,5 liegenden oder etwas größeren Brechungsindex zusammengesetzte
Kontaktvorrichtung erlaubt daher, dass das einfallende Bestrahlungsfeld
an der Schnittstelle Epidermis/Kontaktvorrichtung 57 minimale
Reflexionen erfährt
(in der Figur durch den Pfeil 64 angedeutet). Desgleichen
werden, wie in der Figur durch die Pfeile 66 angedeutet,
optische Felder innerhalb der Dermis auf Grund des Grads der zerstreuten
Reflexion zur Epidermis rückgestreut.
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Diese
rückgestreuten
Felder tragen zu unerwünschter
epidermaler Erwärmung
bei und werden mit Hilfe der Kontaktvorrichtung 46 mit
abgestimmtem Brechungsindex leicht aus der Haut ausgekoppelt.
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Dies
erlaubt die Minimierung der lichtinduzierten Beschädigung der
Epidermis 56, während
es die effektive Bestrahlung der Follikelzielstellen innerhalb der
Dermis zulässt.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Kontaktvorrichtung, um einen
im Wesentlichen abgestimmten Index zu haben, vorzugsweise aus einem
hochdichten Material, wie z. B. Saphir (nCD =
1,7), Quarzglas (nCD = 1,5) oder ähnlichen
optisch transparenten Gläsern
oder Kunststoffen, gebildet. Um ein in die Haut eindringendes konvergentes
Feld bereitzustellen und die konvexe Form der Kontaktvorrichtung,
wie abgebildet, zu haben, ist die Verwendung von Saphir vorteilhaft, dessen
etwas höherer
Brechungsindex die gewünschte
Feldkonvergenz ermöglicht.
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Um
Wärme von
der Epidermis weg zu leiten, wobei jetzt auf 3C Bezug
genommen wird, wird außerdem
bevorzugt, dass die Kontaktvorrichtung 46 aus einem Material
mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit (kCD), die der der Haut ähnlich ist, besteht. Das erlaubt
effiziente Wärmeübertragung
(in der Figur durch die Pfeile 68 angedeutet) von der Epidermis 56 über die
Schnittstelle Kontaktvorrichtung/Epidermis 57 und in die Kontaktvorrichtung 46 hinein.
Eine hohe Wärmeleitfähigkeit
ist außerdem
notwendig, um lokale Erwärmungseffekte
zu minimieren, die an der Schnittstelle 57 auftreten können, wodurch
die Möglichkeit
einer Wärmebeschädigung oder
-verletzung der bestrahlten Epidermis verringert wird. Wie später noch
besprochen wird, ist dies besonders wichtig, wenn die Kontaktvorrichtung
gekühlt
wird.
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Idealerweise
erlauben die thermischen Eigenschaften der Kontaktvorrichtung und
die Zeit, die die Kontaktvorrichtung an die Haut gehalten wird,
bevor die Bestrahlung beginnt, die Minimierung der Erwärmung in
der Nähe
der Epidermis, haben aber wenig Einfluss auf in der Nähe der Papillen
der Haarfollikel (in der Figur als Bereich 70 gezeigt)
eingetragene Wärme.
Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit
sind Saphir (kCD = 0,083 cal s–1 cm–2 °C cm–2 entlang
der C-Achse bei 30°C),
Quarzglas (kCD = 0,026 cal s–1 cm–2 °C cm–1 entlang
der C-Achse bei 30°C)
sowie andere hochdichte Gläser
und Kunststoffe.
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Außerdem ist
es zum Verbessern der optischen (d. h. Transmission von rückgestreutem
Licht) und thermischen (d. h. Wärmeleitung)
Eigenschaften an der Schnittstelle Kontaktvorrichtung/Epidermis 57 erwünscht, eine
topische Flüssigkeit
oder ein Linderungsmittel, wie z. B. eine Lotion, Wasser, Alkohol
oder Öl, aufzutragen,
die/das einen Brechungsindex hat, der dem der Kontaktvorrichtung 46 und
der Epidermis ähnlich ist.
Beispielsweise minimiert das Auftragen eines Öls mit einem Brechungsindex
zwischen dem der Epidermis (n = 1,55) und dem des Saphirs (n = 1,7)
optische Reflexionseffekte an der Schnittstelle, wodurch eine effizienterer
Lichtübertragung
von der Kontaktvorrichtung in den Hautbereich und von rückgestreuter
Strahlung aus dem Hautbereich möglich
ist. Auch lässt
eine Flüssigkeit
eine effizientere Wärmeübertragung
durch Leitung aus der Haut in den Saphir zu, wodurch das Ausmaß der Beschädigung oder
Verletzung der Epidermis verringert wird.
-
Optische Eigenschaften
-
Die
zeitliche und räumliche
Intensitätsverteilung
für das
optische Bestrahlungsfeld im Inneren der Haut bestimmt letztendlich,
wieviel Wärme
an den Zielbereichen des Haarfollikels eingetragen wird; diese Eigenschaften
können
daher zum Optimieren des Enthaarungsprozesses ausgewählt und/oder
eingestellt werden. Im Besonderen zählen zu den Eigenschaften,
die den Enthaarungsprozess beeinflussen, die Folgenden: Impulsenergie,
Impulsdauer, Wiederholungsrate (d. h. die Zeitdauer zwischen aufeinander
folgenden Impulsen), Wellenlänge,
Energie, Bestrahlungspunktgröße, Strahlkonvergenz
beim Eintritt in die Haut und Modengeometrie (d. h. räumliches
Ausmaß und
Einheitlichkeit) des optischen Impulses. Diese Eigenschaften können entsprechend
dem in Haar und Haut vorhandenen Pigment ausgewählt werden; vorzugsweise wird
jeder Parameter so eingestellt, dass die Temperatur an jeder Zielstelle
unmittelbar nach der Bestrahlung auf zwischen ungefähr 80 und
120°C erhöht wird.
Das Erwärmen
des Follikels auf diese Temperatur führt zu bleibender Beschädigung und
anschließender
Entfernung.
-
Die
Wellenlänge
des Bestrahlungsfeldes, jetzt Bezug nehmend auf 4,
ist ausgewählt,
um mit dem in den Zielstellen (d. h. Haarschaft, Bulbus, Matrix
und Papille) vorhandenen natürlichen
Pigment (d. h. Melanin) resonant zu sein. Die in der Figur gezeigten
Absorptionsspektra von Melanin, Wasser, Hämoglobin und Oxyhämoglobin
zeigen die Fähigkeit dieser
Verbindungen zum Absorbieren optischer Strahlung mit verschiedenen
Wellenlängen
auf; geringe Absorption deutet an, dass Licht mit der betreffenden
Wellenlänge
in den absorbierenden Medien tiefer eindringt. Um die Zielbereiche
selektiv zu erwärmen,
wird im Allgemeinen die Wellenlänge
des Bestrahlungsfeldes passend zum Absorptionsspektrum von Melanin
gewählt,
das im Wesentlichen Licht von ungefähr 200 bis 1200 nm absorbiert;
umgekehrt wird die Wellenlänge
auf die Absorptionsspektra von in der Haut befindlichen Verbindungen,
wie Wasser und Hämoglobin,
fehlangepasst. Licht mit Wellenlängen
zwischen 680 und 1200 nm, einem durch den Pfeil 70 in der
Figur angedeuteten Bereich, wird effektiv von Melanin absorbiert,
während
es von Hämoglobin
und Wasser relativ übertragen
wird, und kann daher zum selektiven Erwärmen von pigmentiertem Haar
verwendet werden, das von weißer
oder leicht gebräunter
Haut umgeben ist. Im Besonderen wird Licht im Bereich von 680 bis
900 nm oder 1000 bis 1200 nm bevorzugt, weil diese Strahlung stark
von Melanin absorbiert wird und von den in Wasser und in Oxyhämoglobin
in der Nähe von
950 nm befindlichen Bändern
nicht absorbiert wird. Für
Patienten mit weniger Melanin in den Haarfollikeln (z. B. mit rotbraunem
oder hellbraunem Haar) sind die kürzeren Wellenlängen in
diesem Bereich wegen des höheren
Absorptionskoeffizienten von Melanin vorzuziehen.
-
Außerdem sind
auch andere lichtdämpfende
Wirkungen neben Absorption, z. B. Strahlungsstreuung, ebenfalls
wellenlängenabhängig und
während
der Auswahl der Wellenlänge
des optischen Feldes zu berücksichtigen.
Beispielsweise wird in der menschlichen Haut die Lichteindringung
teilweise vom Transportstreuungskoeffizienten (μs) bestimmt,
der auf Grund von Streuung in der Dermis mit längeren Wellenlängen abnimmt.
Für Strahlung
mit 1000 nm beträgt μs ungefähr 10 cm–1;
Licht, das aus einem Medium mit allgemein übereinstimmendem Index bei
dieser Wellenlänge
in die Haut hinein dringt, erreicht daher ungefähr 1 mm unter der Hautoberfläche eine
maximale Intensität.
-
Zu
sichtbares oder fast infrarotes Licht in dem bevorzugten Bereich
von 680–1200
nm erzeugenden Quellen gehören
Dioden- (λ >> 800–1000
nm), Nd:YAG- und Nd:YLF- (λ =
1064–1053
nm), Ti:Saphir- und
Infrarot-Farbstoff- (λ >> 700–1000
nm), Rubin- (λ = 694 nm)
und Alexandrit-Laser (λ =
700–850
nm). Rubin-, Nd:YAG- und Dioden-Laser (besondere Anordnungen von
Dioden-Lasern) werden bevorzugt, weil diese Quellen im Handel erhältlich und
gut kategorisiert sind und in kleinem Rahmen hergestellt werden
können.
Lichtquellen dieses Typs können
in kompakte Haarentfernungsvorrichtungen integriert werden, die
wiederum während
Haarentfernungsvorgängen
leicht von der Bedienkraft manipuliert werden können.
-
Die
Dauer der optischen Impulse kann ebenfalls geregelt werden, um die
Erwärmung
der Haarfollikel zu variieren. Die optischen Impulse, wobei jetzt
auf 5A Bezug zu nehmen ist, angedeutet durch die Schwingungsform 74, 74', haben vorzugsweise
eine Dauer 76, 76',
die es zulässt,
dass das Follikel für
kurze Zeitintervalle erwärmt
wird. Die Impulsbreite wird geregelt, um die Wärmeleitung während des
optischen Impulses und somit die Beschädigung des Follikels und der
es unmittelbar umgebenden Dermis zu variieren; eine zu geringe Beschädigung hat
zur Folge, dass Haare nachwachsen, während eine weitreichende Beschädigung eine
Vernarbung im bestrahlten Bereich hervorruft. Vorzugsweise beträgt die Impulsdauer 76, 76'' zwischen etwa 2 ms und 100 ms.
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Die
genaue Impulsdauer wird durch die Wärmediffusion in der Haut vorgeschrieben,
einem Prozess, der ungefähr
der Wärmediffusionsgleichung
folgt, die Diffusionszeit t, Diffusionsabstand d und Temperaturleitfähigkeit
k in Beziehung setzt, wie von Welch, A. J., in „The thermal response of Zaser-irradiated
tissue" (Die thermische
Reaktion von laserbestrahltem Gewebe), IEEE J. Quant. Electron.
QE-21 (12), 1471–1481
(1984) besprochen: t = d2/4k (k für die menschliche
Dermis beträgt
ungefähr
1,3 × 10–3 cm2/s). Die zum Abziehen von Wärme aus
der Epidermis während
eines Laserimpulses benötigte
Zeit beträgt
ungefähr
2 ms und die Wärmeentspannungszeit
für ein
typisches 200-Mikrometer-Haarfollikel beträgt ungefähr 40 ms.
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Für Belichtungen
von mehr als einigen Hundert Mikrosekunden Dauer kann während der
Belichtungsperiode zu viel Thermodiffusion stattfinden, was entweder
die uneffiziente Zerstörung
der Zielbereiche des Haarfollikels oder übermässige dermale Beschädigung oder
beides zur Folge hat. Ferner findet die Erwärmung der Epidermis, da sich
das meiste Melanin (rund zwei Drittel) in der Epidermis im unteren
Bereich der Epidermis befindet, hauptsächlich in ihren tieferen Bereichen
statt und es dauert einige Zeit, bis diese Wärme die Oberfläche erreicht,
um von der Kontaktvorrichtung 46 entfernt zu werden. Da
diese Zeit wenigstens 2 ms beträgt,
ist dies deshalb die vorgeschlagene Mindestimpulsdauer, wobei eine
längere
Zeit, vorzugsweise mindestens 5 ms, vorgeschlagen wird, um die epidermale
Beschädigung
minimal zu halten. Ferner könnte
jeder Impuls, je nach dem angewendeten Laser, die Form eines einzelnen
Dauerimpulses haben, wie in 5A gezeigt,
oder die Form einer Serie dicht aufeinanderfolgender Impulse kürzerer Dauer,
wobei der Abstand zwischen derartigen dicht aufeinanderfolgenden
Impulsen viel kürzer
als 5 ms ist.
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Für eine bestimmte
Fluenz ist die Intensität
des optischen Feldes in umgekehrtem Verhältnis zur Impulsdauer; daher
können,
wenn die Pulsdauer unter ungefähr
10 μs beträgt, große optische
Intensitäten
zu unerwünschten
Arten der Beschädigung
der umgebenden Hautbereiche führen.
Außerdem
können
kurze Impulse zu lokalisierten wärmeinduzierten „Explosionen" im Follikel führen, die
eine mechanische Beschädigung der
Haut verursachen. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen hat der
Impuls eine Dauer oder Impulsbreite von ungefähr 2–100 ms. Während dieses Zeitintervalls
findet Thermodiffusion über
eine Entfernung von ungefähr
0,05 bis 0,3 mm statt; auf ungefähr
diese Entfernung begrenzte Beschädigung
führt hauptsächlich zur Zerstörung der
bestrahlten Haarfollikel mit wenig oder keiner Beschädigung der
umgebenden Haut.
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Optische
Impulse mit gut definierter und einstellbarer Dauer können mit
bekannten Techniken erzeugt werden. Beispielsweise erlaubt die Intra-Cavity-Modulation
(Modulation im Resonator) des Lichtfeldes in einem Hohlraum mit
elektro- oder akusto-optischen gütegeschalteten
Geräten
die Erzeugung von Impulsen mit zeitlichen Profilen, die eine typisch
Gaußsche
Form haben. Mit Hilfe dieser Verfahren erzeugte Impulse sind im
typischen Fall zu kurz, da ihre Dauer im Submikrosekundenbereich
liegt. Durch Lichtblitzerregung von Rubin-, Alexandrit-, Ti:Saphir-
oder Nd:YAG-Lasern erzeugte Normal-Moden-Impulse werden bevorzugt,
weil diese typischenfalls Hochenergieimpulse mit einer Dauer im
Bereich von 0,1–10
ms sind. Alternativ kann ein von einem Laser emittiertes kontinuierliches
(d. h. zeitunabhängiges)
optisches Feld unter Verwendung von z. B. einer mechanischen Blende
oder einem elektro-optischen Gate extern moduliert werden. Externe
Verfahren verwendende Modulation ermöglicht das leichte Variieren
der Impulsbreite von einigen Hundert Mikrosekunden bis zu mehreren
Hundert Mikrosekunden. Mit externer Modulation erzeugte Impulse
können
auch zeitliche „Rechteck"-Profile (wie in 5A gezeigt)
haben, die das Aufbringen eines einheitlicheren optischen Feldes auf
den Bereich von Interesse zulassen. Externe Modulation wird aber
für derzeit
bevorzugte Ausgestaltungen nicht verwendet.
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Wenn
eine Kontaktvorrichtung zum Senden des optischen Impulses verwendet
wird, besteht vorzugsweise eine Verzögerungszeit zwischen dem Zeitpunkt,
an dem die Kontaktvorrichtung die Hautoberfläche berührt, und der Ankunft des Impulses.
Das ermöglicht
es, dass die gesamte epidermale Schicht 56 vor der Bestrahlung
wesentlich gekühlt
wird, wodurch ihre Beschädigungsschwelle
erhöht
wird. Schmerzen und eine Beschädigung
der Epidermis werden somit reduziert und weiter minimiert, indem
die Kontaktvorrichtung 46 während der Bestrahlung weiter
gekühlt
wird, sodass Wärme
weiterhin aus der Epidermis abgezogen wird. Das Erwärmen auf
tieferen Schichten, wo die Zerstörung
der Follikel und im Besonderen deren Bulbus und Papillen erwünscht ist,
wird jedoch von der vor oder während
der Bestrahlung durchgeführten
Kühlung
nicht beeinflusst.
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Außerdem kann
die Zeitdauer zwischen optischen Impulsen (in 5A durch
den Pfeil 78 angedeutet) eingestellt werden, um die gesamte
und die durchschnittlich in den bestrahlten Bereich eingetragene
Wärmemenge
zu regeln. Wird für
die Zerstörung
des Follikels eine wiederholte Belichtung benötigt, ist dieses Zeitintervall
vorzugsweise konstant und liegt zwischen mehreren Sekunden und einigen
Hundert Millisekunden. Alternativ wird dieses Zeitintervall für eine „Single-Shot"-Belichtung selektiv
von der Bedienkraft geregelt. In diesem Fall wird ein einzelner
Laser-Shot zum Bereich von Interesse übertragen und der Bereich wird
dann von der Bedienkraft auf Beschädigung untersucht. Wenn mehr
Strahlung erforderlich ist, können
dann zusätzliche Laser-Shots
zum Bereich übertragen
werden. Andernfalls wird die Bestrahlungseinheit fortbewegt und
zum Behandeln eines separaten Bereichs verwendet.
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Das
räumliche
Ausmaß des
optischen Feldes wird gewählt,
damit mehrere Haarfollikel mit einem einzelnen Laser-Shot bestrahlt
werden können.
Außerdem
werden größere Punktgrößen bevorzugt,
weil die Dämpfung
entlang der Strahlachse in der Haut auf Grund von Streuung mit zunehmendem
Strahlradius R abnimmt. Somit lassen großflächige Strahlen eine effizientere Übertragung
optischer Strahlung zu den tiefen Zielstellen zu. Die Breite 80 des
räumlichen
Profils 82 des Bestrahlungsstrahls an der Oberfläche der
Haut, wobei jetzt auf 5B Bezug genommen wird, ist
vorzugsweise in der Größenordnung
von der und vorzugsweise viel größer als
die Tiefe des zu bestrahlenden Ziels. Höchst vorzugsweise beträgt der Strahldurchmesser
wenigstens 8 mm. Die Fläche
des Bestrahlungsfeldes beträgt
vorzugsweise zwischen ungefähr
0,5 und 2 cm2 und beträgt bevorzugt zwischen 0,75
und 1 cm2. Weil der Strahl vorzugsweise
konvergierend ist, ist das räumliche
Profil im Verhältnis
zur Tiefe verdichtet, bevor es auf einer durch optische Streuung
in der Dermis definierten Tiefe eine Verengung erreicht.
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Vorzugsweise,
wie in 5B gezeigt, ist die Intensität über den
Strahldurchmesser ungefähr
konstant, um ein im Wesentlichen einheitliches Bestrahlungsfeld
bereitzustellen.
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Nach
der Belichtung, jetzt Bezug nehmend auf 6, wird
die Intensitätsverteilung
der optischen Strahlung (d. h. die y-Achse in der Figur) im Verhältnis zur
Hauttiefe (d. h. der x-Achse) mit Hilfe von Monte Carlo-gestützten Computersimulationen
berechnet. Die Verteilung ist eine Funktion des räumlichen
Profils des Strahls, den optischen Eigenschaften des mit der Haut
in Kontakt befindlichen Mediums. Die grafisch dargestellten Daten
sind zwar auf eine Computersimulation gestützt und daher nur ungefähr, die
Einheiten der x-Achse werden aber auf ungefähr 500 Mikrometer pro Markierung
geschätzt.
Die erste Kurve 90 zeigt die von der Hauttiefe abhängigen Eigenschaften
eines optischen Feldes, das aus einem kleinen kollimierten Punkt
von 800 nm Licht in Luft stammt. In diesem Fall wird der Großteil der
optischen Intensität
nahe der Oberfläche
der Haut verteilt (durch den Punkt „0" entlang der x-Achse angedeutet), wobei
die Intensität
in größeren Tiefen rasch
abfällt.
Ein größerer kollimierter,
von Luft (Kurve 92) ausgehender Punkt hat eine gleichmäßiger verteilte, von
der Tiefe in der Haut abhängige
Intensität,
obwohl der Großteil
des Lichts immer noch nahe der Hautoberfläche konzentriert wird. Das
Erzeugen eines großen
kollimierten Strahlungspunktes aus einem Material mit einem Brechungsindex
von 1,5 (Kurve 94) ergibt eine relativ einheitliche optische
Intensität
im ersten Millimeter oder so der Haut; bei größeren Tiefen beginnt diese
Intensität
mit einer relativ langsamen Zeitkonstante abzunehmen. In der bevorzugten
Ausgestaltung schließlich
hat ein großes,
räumlich
konvergierendes optisches Feld aus dem Material mit Brechungsindex
von n = 1,5 eine Intensität
an der Hautoberfläche,
die, nachdem es sich ungefähr
einen Millimeter weit in die Haut hinein fortgepflanzt hat, auf
einen Höchstwert
ansteigt. Die Intensität
wird dann im Verhältnis
zur Tiefe in der Haut mit einer Zeitkonstante, die langsamer ist
als die von der Kurve 94 aufgewiesene, gedämpft. Ein
derartiges Feld kann somit verwendet werden, um die Zielstellen
des Follikels bei reduzierter Erwärmung der Haut an der Oberfläche effektiv
zu erwärmen,
wodurch Wärmeverletzungen
der Haut vermieden werden.
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In
dem Fall, in dem der belichtende Laser einen Strahl mit einem Durchmesser
unter den bevorzugten Werten erzeugt, muss der Strahl vor Lieferung
an die Bestrahlungseinheit eventuell erweitert werden. Dies kann
mit konventionellen Teleskopoptiken erreicht werden, z. B. Zweilinsensystemen,
die konfiguriert sind, um den emittierten Strahl zunächst zu
erweitern und dann zu parallel auszurichten. Alternativ kann das
Feld, wie in 2A gezeigt, in einen Lichtwellenleiter
eingekoppelt und dann zur Bestrahlungseinheit übertragen werden. In diesem Fall
wird das entstehende Feld auf Grund der Hohlleiterart des Leiters
natürlich
gestreut und dann von einer ausrichtenden Linse gesammelt. Die Verschiebung
der Linse von der Leiterspitze erlaubt die Vergrößerung des Profils des Bestrahlungsstrahls
auf das gewünschte
Quantum.
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Die
Fluenz des optischen Feldes wird gemäß dem Pigmentierungsgrad des
Patienten variiert und beträgt
vorzugsweise zwischen etwa 10 und 200 j/cm2 für jeden
Impuls; Patienten mit dunklerem Haar benötigen geringere Fluenz als
Patienten mit hellerem Haar. Vorzugsweise beträgt die Impulsfluenz des Bestrahlungsfeldes
für Impulse
von ungefähr
1 ms Dauer zwischen 30 und 50 J/cm2. Wie
hierin beschrieben, wird die Fluenz in allen Fällen eingestellt, um die Zielbereiche
auf die gewünschte
Temperatur von ungefähr
80 bis 120°C
zu erwärmen.
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Darüber hinaus
kann der Fluenzgrad bei Verlängern
der Impulsdauer als Ausgleich für
ein weniger effizientes Erwärmen
von Follikeln auf Grund von Wärmeleitung
während
langen Impulsen erhöht
werden.
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Eventuell
muss die optische Fluenz erhöht
oder verringert werden, um das Haarfollikel auf die gewünschte Temperatur
zu erwärmen,
wenn die Wellenlänge
des Bestrahlungslichtfeldes nicht in den bevorzugten spektralen
Bereichen (d. h. 680–900
nm oder 1000–1200
nm) liegt. Außerdem
kann es in Fällen,
in denen die Laserabgabeleistung unter der gewünschten optischen Fluenz liegt,
notwendig sein, dass die einzelnen Impulse vor der Bestrahlung der
Haut verstärkt
werden. Für
diesen Zweck können
optische Verstärker,
wie externe optische Hohlräume
(Cavity), verwendet werden.
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In
der unten gezeigten Tabelle 1 werden die bevorzugten Parameter der
für die
Haarentfernung verwendeten optischen Felder aufgelistet. Der Wert
jedes Parameters hängt
von der Haarmenge im Bereich von Interesse, dem Grad der Pigmentierung
der Haare und der Pigmentierung der umgebenden Haut des Patienten
ab.
-
-
Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele weiter beschrieben.
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Beispiele
-
Um
die Wirksamkeit einer erfindungsgemäßen Haarentfernungsvorrichtung
zu demonstrieren, wurde schwarz behaarte Hundehaut in vitro mit
Licht von der normalen Betriebsart eines Rubin-Lasers bei λ = 694 nm
mit einer Impulsdauer von 270 μs
und optischen Fluenzen von 40 J/min2, 71
J/min2 und 160 J/min2 bestrahlt.
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Das
räumliche
Ausmaß des
Strahls (8 mm Durchmesser an der Hautoberfläche) erlaubte die Bestrahlung
von etwa 100 Haaren mit einem einzelnen Laser-Shot. Nach der Bestrahlung
wurde jeder Hautbereich histologisch untersucht. Die Untersuchung
ergab, dass bei den höchsten
Fluenzen mit einer Vernarbung der Haut übereinstimmender dermaler Schaden
offensichtlich war, was darauf schließen ließ, dass bei den höchsten Fluenzen
eine lichtinduzierte thermische Beschädigung nicht selektiv für die Haare
war. Im Gegensatz dazu wurde bei den niedrigeren Fluenzen und insbesondere
bei 40 J/min2 eine lokalisierte Beschädigung der Follikel
beobachtet, ohne dass in den benachbarten Hautbereichen oder der
Dermis zwischen Haarfollikeln eine merkliche Beschädigung stattfand.
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In
einem separaten Satz von Versuchen zum Zeigen, dass der Temperaturanstieg
in dem bestrahlten Haar vom Grad der Pigmentierung abhängt, wurden
frische menschliche Haar- und Hautproben mit verschiedenen Farben
unter Verwendung des hierin beschriebenen Haarentfernungsverfahrens
bestrahlt. Die Lichtquelle für
alle Versuche war der oben beschriebene Rubin-Laser. Emittiertes
Licht wurde zunächst
bei 694 nm in eine geschlossene strahllenkende Vorrichtung eingekoppelt,
die mehrere Spiegel enthält,
die beschichtet sind, um hohe Reflexionsvermögen zu haben, und dann zu einer
Bestrahlungseinheit ähnlich
der in 2B gezeigten übertragen.
Die Einheit hat eine plankonvexe 5-cm-Glaslinse, die am proximalen
Ende eines wassergekühlten
Plexiglasgehäuses
positioniert ist.
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Eine
als eine Linse mit 1 cm Brennweite geformte Saphir-Kontaktvorrichtung
wurde am distalen Ende der Kontaktvorrichtung angeordnet, wobei
die konvexe Seite die Haut berührt,
um während
der Bestrahlung, wie oben beschrieben, ihr Zusammendrücken zu
ermöglichen.
Menschliche Haut wurde mit einem Strahl mit 8 mm Durchmesser bestrahlt,
indem die gekühlte
(4°) Kontaktvorrichtung
auf den Hautbereich der Patienten gepresst und dann ein einzelner
Laser-Shot übertragen
wurde. Im typischen Fall hatte jeder Laser-Shot jeweils die gleichzeitige
Bestrahlung von ungefähr
10 Haaren zur Folge.
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Haut
und Haar von sechs adulten Patienten mit einer Haarfarbe, die von
rot bis schwarz reichte, wurden bestrahlt und dann beobachtet. Bei
jedem Patienten wurden acht Behandlungsstellen mit einer Fläche von jeweils
10 cm2 bestrahlt. Um die Zerstörung der
Papille zu überwachen,
wurden Stellen 1–4
vor dem Bestrahlen mit Laserlicht mit Wachs epiliert, während die
Stellen 5–8
vor dem Bestrahlen rasiert wurden. Jede Stelle erhielt dann eine
optische Fluenz von 28 J/cm2, 42 J/cm2 oder 57 J/cm2.
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Patienten
wurden in Nachuntersuchungen einen Monat und drei Monate (und bei
einigen Patienten auch ein Jahr) nach der Bestrahlung untersucht.
Wie aus den Aufnahmen der bestrahlten Bereiche in 7 (d.
h. Bereiche A–C)
zu sehen ist, war die Behaarung nach drei Monaten in allen Fällen verglichen
mit dem rasierten aber unbehandelten Bereich (Bereich D) minimal
oder nicht nachgewachsen, was deutlich eine bleibende Beschädigung des
Haarfollikels anzeigt. In der Figur wurden die Stellen A–C mit abnehmender
Energie vom Laser behandelt. Es ist deutlich offensichtlich, dass
die Enthaarung im Bereich C, der mit einer Fluenz von 27 J/cm2 behandelt wurde, relativ weniger ausgeprägt ist.
Bereich D, der Kontrollbereich, wurde am gleichen Tag rasiert, an
dem die Bereiche A–C
behandelt wurden. Außerdem
ergaben an den behandelten Stellen gewonnene histologische Proben,
dass die Beschädigung
ausschließlich
am Haarfollikel erfolgte, während
die umgebende Dermis im Wesentlichen unbeschädigt blieb.
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Für alle Versuchspersonen
gab es an den laserbehandelten Stellen verglichen mit nicht bestrahlten, rasierten
Kontrollstellen statistisch bedeutenden Haarverlust. Ein Jahr später gab
es ebenfalls weitgehenden permanenten Haarverlust ohne Vernarbung.
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Ein
separater Satz Versuche, die die Messung der zeitabhängigen Temperaturcharakteristik
von Haar- und Hautproben
zulassen, wurde mit einer Pulsphotothermo-Radiometrie-(PPTR – pulsed
photothermal radiometry)-Vorrichtung durchgeführt.
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In
diesen Versuchen wurde der oben beschriebene Rubin-Laser mit geringeren
Fluenzen verwendet, um optische Impulse mit einer das Erwärmen, aber
nicht das Zerstören
der Follikel zulassenden Energie zu erzeugen. Die Ausgabe vom Laser
wurde auf die Proben von menschlichem Haar und menschlicher Haut
fokussiert, um ein einheitliches Erregungsfeld zu erzeugen. Ein
Black-Body-Strahlungsdetektor der New England Research, Inc., der
einen verstärkten
Flüssigstickstoff-gekühlten HgCdTe-Detektor
enthält,
wurde zum Überwachen
der zeitabhängigen
Charakteristik der Probentemperatur verwendet und ein Laserenergiemessgerät von Gentec,
Inc. wurde zum Überwachen
des Bestrahlungsimpulses verwendet. Der Ausgang von beiden Detektoren
wurde dann mit einem kompensierten 0–10 MHz-Gleichstrom-gekoppelten Vorverstärker verstärkt und
dann zum Aufzeichnen und Speichern der Daten an ein digitales Oszilloskop
weitergeleitet.
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Acht
Patienten mit verschiedenen Hauttypen und von rot/blond bis schwarz
reichenden Haarfarben wurden untersucht. Allgemein zeigten die PPTR-Ergebnisse
an, dass schwarzes Haar nach der Bestrahlung mit 694 nm einen größeren Temperaturanstieg
erfuhr als helleres braunes Haar und dass diese Proben im Vergleich
mit roter/blonder Behaarung beide höhere Temperaturanstiege erfuhren.
Außerdem
hatte Haut des Typs II nach der Bestrahlung einen niedrigeren Temperaturanstieg
als Haut des Typs III oder des Typs IV.
-
In
einem besonderen Beispiel mit einem Patienten mit schwarzem Haar
und weißer
Haut, wobei jetzt auf die 8A–8C Bezug
genommen wird, deuten mit Hilfe der PPTR-Vorrichtung gemessenene
zeitabhängige
Kurven an, dass 400 ms nach der Bestrahlung nasses und trockenes
schwarzes Haar Temperaturanstiege von 7°C bzw. 72°C (8A und 8B)
von einer Grundlinientemperatur von 23°C erfahren, während die
umgebende Haut (8C) einen Temperaturanstieg
von weniger als 1°C
durchmacht. Der Unterschied bei Temperaturanstieg und zeitabhängiger Abfallcharakteristik
des nassen Haares beruht wahrscheinlich auf thermischen Wirkungen
(z. B. der höheren
Wärmekapazität von nassem
Haar).
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In
allen Fällen,
jetzt Bezug nehmend auf 9, waren die normalisierten
Temperaturanstiege (d. h. das Verhältnis von Temperaturanstieg
zu Laserimpulsenergie) in den Follikeln von nassem und trockenem Haar
bedeutend höher
als die in der Haut gemessenen, was selektives Erwärmen der
Follikel andeutet. Die unten gezeigte Tabelle 2 listet Haar- und Hauttyp jedes
Patienten in der Studie auf. Die Patientennummern in der Tabelle
entsprechen den Patientennummern in 9.
-
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Andere Ausgestaltungen
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10A illustriert eine alternative Ausgestaltung
der Erfindung, bei der der Bereich 20 vor der Behandlung
epiliert wird anstatt nur rasiert. Eine ein Chromophor enthaltende
Fluidlösung
oder Suspension 100 kann dann auf den Hautbereich 20 aufgetragen
werden, wobei das Chromophor enthaltende Fluid in die leeren Follikel
wandert und die Follikel füllt. „Kapillarwirkung" des Fluids/Chromophors
in die Follikel ist erwünscht
und kann dadurch verbessert werden, dass für eine geringe Oberflächenspannung
zwischen Fluid und Haut gesorgt wird, z. B. durch Verwendung von
Tensiden oder Lösungsmitteln.
Das überschüssige Fluid/Chromophor kann
dann durch Waschen, Wischen oder Strippen von der Hautoberfläche entfernt
werden. Während
der Bestrahlung absorbiert das Chromophor 100 im Follikel
Licht und wird erwärmt
und hat, zusammen mit der Erwärmung
des Melanins des Follikels selbst, eine bedeutende Erwärmung des
Follikels zur Folge, um Teile davon, einschließlich des Bulbus und der Papille,
zu zerstören,
was zum Verhindern des Nachwachsens von Haar erforderlich ist. Das
Chromophor muss deshalb Licht mit der Wellenlänge oder den Wellenlängen, die
für die
Bestrahlung verwendet wird bzw. werden, absorbieren.
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Zu
geeigneten Chromophoren könnten
eine Kohlepartikelsuspension oder ein Farbstoff wie Methylenblau
oder Indocyaningrün
zählen.
Auch Melanin selbst in liposomaler Form könnte verwendet werden. Da das Chromophor
nur in den Follikeln ist, maximiert diese Methode die Beschädigung der
Follikel, während
sie die Beschädigung
des umgebenden Gewebes minimiert, und aus diesem Grund ist sie eine
bevorzugte Ausübungsform
der Erfindung, besonders für
Personen mit blonden, roten, hellbraunen oder anderen hellfarbigen Haaren.
Mit Ausnahme der oben angedeuteten Unterschiede funktioniert diese
Ausgestaltung der Erfindung auf die gleiche Weise wie für frühere Ausgestaltungen
beschrieben, einschließlich
dem Kühlen
der Kontaktvorrichtung 46, der Verformung der Haut im Bereich 20 und
der bevorzugten optischen Bestrahlung, mit der Ausnahme, dass beim
Verwenden von Chromophoren niedrigere Frequenzen erlaubt sein können.
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10B illustriert eine weitere alternative Ausgestaltung
der Erfindung, bei der die Kontaktvorrichtung oder der Applikator 46' modifiziert
ist, um gleichzeitig beide Seiten einer Hautfalte zu bestrahlen.
Das erhöht ferner
die relative Übertragung
von Licht zum tiefen Teil der Follikel. In 10B hat
die Kontaktvorrichtung in der Stirnseite des Applikators zum Beispiel
eine Öffnung
oder einen Schlitz 110, in den die Fläche 20 der Haut hineingezogen
werden kann, z. B. durch Unter- oder Saugdruck, der an Leitung 112,
die in das obere Ende des Schlitzes 110 hinein führt, angelegt
wird, wobei die Haut im Schlitz 110 zu einer Falte 113 geformt
wird. Strahlung kann durch ein Lichtwellenleiterbündel 114 übertragen
werden, das sich teilt, um die Strahlung zu Linsen 116 an
jeder Seite des Schlitzes 110 zu übertragen.
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Kühlwasser
kann durch eine Leitung 118 über die Oberflächen der
Linsen 116 geströmt
werden. Alternativ können
zwei Applikatoren, die denen ähnlich
sind, die z. B. in 2A und 2B gezeigt
werden, an entgegengesetzten Seiten einer Hautfalte positioniert
werden, die durch Einspannen des Hautbereichs zwischen ihnen oder
durch andere geeignete Mittel gebildet wird.
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Der
Vorteil des Bildens einer Hautfalte, wie für die obigen Ausgestaltungen
besprochen, ist, dass Strahlung von beiden Seiten auf einen relativ
dünnen
Hautteil übertragen
wird. Die Papille eines bestimmten Follikels kann daher nicht nur
von der Linse 116 an der Seite von Schlitz 110 bestrahlt
werden, wo sich das Follikel befindet, sondern auch etwas Strahlung
von der Linse 116 an den entgegengesetzten Seiten des Schlitzes
erhalten. Auf die Papille jedes Follikels ausgeübte Energie wird somit erhöht, ohne
die Energie an der Oberfläche
zu erhöhen,
wodurch die Haarentfernung mit weniger Schmerzen und Verletzungen
ermöglicht wird.
Dadurch, dass der Schlitz 110 relativ schmal gemacht wird,
wird auf beiden Seiten des Schlitzes Druck auf die Haut ausgeübt, wobei
die Haut zwischen den Wänden
des Schlitzes zusammengedrückt
wird. Die Vorteile des Zusammendrückens der Haut, einschließlich des
Entfernens von Blut aus ihr und des Verringerns der Entfernung von
der Hautoberfläche
zur Papille, werden so mit dieser Ausgestaltung der Erfindung auch
erreicht. Einspannen zum Bilden der Falte würde ebenfalls Druck auf die
Haut ausüben.
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Auch
kann es möglich
sein, die Vorrichtung dieser Erfindung für die kurzfristige Haarentfernung
einzusetzen, wobei die Vorrichtung z. B. als Rasiervorrichtung dient,
die eine vielleicht ein oder zwei Wochen anhaltende Rasur ergeben
könnte.
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Dies
wird erreicht, indem Fluid/Chromophor auf den zu „rasierenden" Bereich aufgetragen
wird, wobei dieser Bereich vorzugsweise mit konventionellen Methoden
rasiert, aber nicht epiliert worden ist. In diesem Fall kann das
Chromophor nur einige Millimeter weit in das Follikel eindringen,
zum Beispiel bis auf die Höhe
der Talgdrüse. Überschüssiges Chromophor
kann dann entfernt werden und die Kontaktvorrichtung dieser Erfindung
mit relativ schwacher Strahlung zum Erwärmen des Chromophors genutzt
werden und zum Zerstören des
davon umgebenen Haars ohne eine bedeutende Beschädigung der Haut oder des Follikels.
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Ferner
wurde für
die bevorzugte Ausgestaltung zum Kühlen der Kontaktvorrichtung 46 zwar
Kühlwasser
gezeigt, aber dies ist keine Begrenzung der Erfindung und andere
Kühlungsmethoden
können
genutzt werden. Beispielsweise kann ein Tieftemperaturgas oder flüssiges Gas
zu Kühlzwecken über die
Kontaktvorrichtung geleitet werden oder die Kontaktvorrichtung kann
vor dem Gebrauch ausreichend gekühlt
werden, sodass sie die Kühlfunktion
während
der Bestrahlung weiterhin durchführt,
ohne dass ein Kühlmittel über sie
geleitet wird. Andere in der Technik bekannte Kühlmethoden können ebenfalls
genutzt werden.
