DE60220711T2

DE60220711T2 - Verfahren und gerät zur erhöhung der sicherheit während der anwesenheit einer monochromatischen lichtquelle

Info

Publication number: DE60220711T2
Application number: DE60220711T
Authority: DE
Inventors: Michael Slatkine
Original assignee: Inolase 2002 Ltd
Current assignee: Candela Corp
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2022-08-03
Also published as: WO2003049633A1; EP1466567B1; ATE425713T1; AU2002321806A1; DE60220711D1; US20060013533A1; DK1455671T3; DE60231653D1; ATE364358T1; US7184614B2; ES2324863T3; ES2287304T3; EP1455671B1; JP4398252B2; US20040036975A1; JP2005511196A; EP1466567A3; EP1466567A2; EP1829496A2; EP1455671A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Laserlichtquellen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bereitstellung eines augensicheren Laserstrahls, der zur Korrektur von ästhetischen und medizinischen Hauterkrankungen geeignet ist, die eine sehr hohe Energiedichte erfordern. Noch genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der körperlichen Sicherheit bei Einwirkung einer monochromatischen Lichtquelle durch Divergierung des monochromatischen Lichts, z. B. mit einem sehr widerstandsfähigen Streukörper, der die erforderliche Lichtenergiedichte für gewünschte Anwendungen bei einem sehr kurzen Abstand bereitstellt, aber in bezug auf die Augen der Zuschauer eigensicher ist.
Hintergrund der Erfindung
Gegenwärtige medizinische und ästhetische Lasersysteme gelten im allgemeinen als risikoreiche Systeme aufgrund der Tatsache, daß der Lichtstrahl, der von diesen Systemen emittiert wird, nur eine geringe Divergenz oder sogar Konvergenz aufweist. In diesen Systemen wird ein Lichtstrahl mit hoher Energiedichte und hoher Strahlungsdichte, d. h. Energiedichte pro Raumwinkel, erzeugt, der sich kaum abschwächt, wenn sich der Strahl durch die Luft oder durch ein luftähnliches Medium bis zu einem fernen Ziel ausbreitet, wo er eine Schädigung des Körpergewebes verursachen könnte. Bei einer Laserquelle, die sichtbares oder nah-sichtbares Licht emittiert, könnte eine Schädigung dadurch verursacht werden, daß ein kleiner Abschnitt einer Augennetzhaut verbrannt wird, wenn der Strahl zufällig auf die Augen eines Zuschauers gerichtet ist. Ein solcher Strahl könnte sogar Blindheit verursachen.
Eine potentielle Augenschädigung erhöht sich ferner, wenn Nah-Infrarotlaser verwendet werden, die unsichtbare Strahlung emittieren, da Zuschauer nicht darauf achten, wenn ein Laserstrahl ausgelöst wird. Außerdem läßt die extrem kurze Impulsdauer eines Strahls, der von vielen Lasersystemen emittiert wird, nicht so viel Zeit, daß jemand bei einer zufälligen Auslösung eines Laserstrahls reagieren könnte, z. B. mit Zwinkern oder Bewegung der Augen.
Deshalb müssen, um das Risiko einer Schädigung von lebenden Geweben oder einer Verursachung anderer Arten von Schädigungen zu minimieren, spezielle und häufig teure Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise könnten solche Vorsichtsmaßnahmen die Verwendung teurer (und nicht leicht zu verwendender) beschichteter Schutzbrillenfilter mit einer sehr hohen optischen Dichte und schädigungsbeständigen Werten bezüglich optischer Strahlung (d. h. thermische und mechanische Widerstandsfähigkeit) umfassen. Einige der Eigenschaften solcher Filter sind in Standarddokumenten enthalten, z. B. in ANSI 2136.1, wobei es sich um das grundlegende Dokument des American National Standard in bezug auf die Sicherheit von Laserstrahlen handelt. Ein sehr ähnliches grundlegendes Dokument, das Sicherheitskennzeichnungsstandards der Lebens- und Arzneimittelbehörde (FDA) festlegt, ist §1040.10 21 CFR, Kapitel 1. Ein weiteres Dokument, das Herstellungsstandards in bezug auf die Sicherheit von Augen festlegt, ist ISO 15004:1997E. Weitere Vorsichtsmaßnahmen verbieten die Verwendung stark reflektierender Flächen in einem Raum, in dem sich das Lasersystem befindet. Spezielle Beschattungen und/oder Vorhänge werden auch verwendet, um zu verhindern, daß ein zufälliger Laserstrahl aus dem Raum oder der Einrichtung entweicht, wodurch Menschen außerhalb des Behandlungsraums geschützt werden.
Von allen Risiken ist das Risiko, daß Menschen dauerhaft blind werden, das naheliegendste und ernsteste. Die Laser mit dem gegenwärtig größten Augenschädigungsrisiko sind diejenigen, die als gepulste Laser bezeichnet werden. Beispielsweise sind ein Rubin-, Nd:YAG-, Alexandrit-, LICAF-, Dioden-, Farblaser, Erbium-Glas-, Excimerlaser usw. Beispiele für einen gepulsten Laser. Hochwertige Dauerbetriebs-(CW-)Laser, z. B. Nd:YAG-, KTP- und Diodenlaser (mit einer beliebigen Wellenlänge zwischen 630 und 1320 nm) sind bekannt für ihr Risiko bei der Erzeugung von Blindheit. Außerdem werden diese Laser zuweilen für die kosmetische Chirurgie in der Umgebung des Auges verwendet, z. B. bei Augenbrauenentfernung oder Hautverjüngung um die Augen herum, und daher bewirkt eine solche Operation ein zusätzliches Augenschädigungsrisiko. Andere Infrarotlaser (gepulste oder CW), z. B. Dioden, die mit einer Wellenlänge von 1445 nm arbeiten, CO₂ und Erbium, können auch eine ernste Augenschädigung aus einer Entfernung verursachen, und zwar durch Verbrennung der Kornea infolge der starken Absorption der von solchen Laserquellen emittierten Laserstrahlen im Kammerwasser des Augapfels.
Es besteht auch ein Risiko von Haar- oder Hautverbrennungen, wenn die Lasereinheiten falsch gehandhabt werden, selbst wenn sie an entfernten Orten betrieben werden. Sollte ein kollimierter Laserstrahl ein entflammbares Material in einem Behandlungsraum treffen, kann ein Brand entstehen.
Die Risiken, die mit kohärenten Lasern verbunden sind, gehen nicht nur von der Fähigkeit zur Erzeugung hochkollimierter Strahlen aus, sondern auch von der Fähigkeit, die gesamte Laserenergie mit der entsprechenden Fokussierungsoptik aus einer Entfernung auf eine eingegrenzte Fläche zu konzentrieren.
Infolge der extrem hohen thermodynamischen Temperatur von Lasern als elektromagnetische Strahlungsquellen im Vergleich zu der viel niedrigeren Temperatur herkömmlicher nicht-kohärenter Lichtquellen ist die Wirksamkeit der Erhaltung der optischen Intensität während der Fokussierung oder Bildgebung von Laserstrahlen nahezu 100%ig. Herkömmliche nichtkohärente Lichtquellen können, obwohl sie sicher anwendbar sind, nicht ohne wesentlichen Intensitätsverlust bildlich dargestellt werden.
Alle oben erwähnten Risiken, die mit Lasern für sichtbares und Nah-Infrarotlicht verbunden sind, haben zu sehr strengen regierungsamtlichen Bestimmungen in bezug auf den Betrieb medizinischer und ästhetischer Lasersysteme geführt, was einen wesentlichen Anstieg der Kosten sowohl für Hersteller als auch für Betreiber dieser Systeme bewirkt hat. Gemäß einiger dieser regierungsamtlichen Bestimmungen ist der Betrieb von Laservorrichtungen/systemen beschränkt auf geschultes und ausgebildetes Personal, d. h. Techniker oder Pflegekräfte unter der Aufsicht eines Arztes. In vielen Ländern darf nichtmedizinisches Personal, z. B. Kosmetiker, Lasersysteme überhaupt nicht handhaben. Infolgedessen ist das Volumen des Laserkosmetikgeschäfts auf einen Bruchteil seines potentiellen Volumens eingeschränkt.
Gemäß einiger Aspekte medizinischer und kosmetischer Lasersysteme konzentriert sich die Behandlung auf ausgewählte Ziele an der Außenfläche der Haut oder innerhalb der Haut. Jedes dieser Ziele, z. B. Haar, Gefäßverletzungen, Pigmentveränderungen, Tätowierungen, Akne, schwache Bindegewebeschädigungen, die zu feinen Falten führen, und sonnengeschädigte Haut haben verschiedene optische Spektralabsorptionscharakteristiken. Daher benutzen diese Anwendungen Lasersysteme, die in der Lage sind, sichtbares oder nah-infrarotes Licht mit einer Wellenlänge innerhalb des Bereichs von 310 bis 1600 nm zu erzeugen. Es besteht daher ein Risiko, daß ein Laserstrahl mit einer falschen Wellenlänge auf ein ausgewähltes, zu behandelndes Organ/Gewebe gerichtet wird, der dieses Organ/Gewebe ernsthaft beschädigen kann. Selbst wenn das Organ mit einem Laserstrahl mit der richtigen Wellenlänge behandelt wird, besteht immer ein Risiko, daß der Laserstrahl versehentlich auch auf andere Bereiche gerichtet werden könnte, die für die ausgewählte Wellenlänge höchstempfindlich sind, wodurch eine Schädigung entstehen kann.
Im Gegensatz zu Lasersystemen gelten im allgemeinen inkohärente diffuse Nichtlaserquellen, z. B. intensive gepulste Licht-(IPL-)Quellen, die auf Hochspannungslichtbogenlampen beruhen, als sicher gegen Schädigung aus einer Entfernung, da IPL-Systeme eine begrenzte Lichtquellentemperatur haben, normalerweise im Bereich von 1000 bis 10 000°C, und folglich eine begrenzte Helligkeit haben und im Gegensatz zu immerhin 1 000 000°C bei Lasersystemen nicht auf kleine Punkte fokussierbar sind. IPL-Systeme haben infolge ihrer breiten Spektralbänder eine verringerte spektrale Selektivität. Folglich bieten IPL-Systeme ziemlich begrenzte Behandlungsmöglichkeiten im Vergleich zu Lasersystemen.
US 6 197 020 und US 6 096 029 offenbaren eine Bilderzeugung auf einer fokussierenden Streulichtplatte, etwa von der distalen Fläche eines Bündels optischer Fasern in einer Entfernung jenseits des Systems, um den Strahl unter der Gewebeoberfläche zu fokussieren. Die hierin offenbarten Systeme sind extrem riskant für die Augen, da die Laserenergiedichte im wesentlichen innerhalb eines relativ kleinen Raumwinkels, dem ein Auge ausgesetzt werden kann, selbst dann erhalten bleibt, wenn der Strahl auf einen distalen eingegrenzten Fleck transportiert worden ist. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung entsprechen diese Patente den Behandlungen nach dem Stand der Technik, bei denen die Fokussierung eines Laserstrahls auf subkutane Stellen jenseits des distalen Endes des Behandlungssystems akzeptabel ist. Die Erzeugung eines Laserstrahls mit einem großen divergenten Raumwinkel ist nachteilig bei den bekannten Verfahren, insbesondere da eine effiziente Bilderzeugung und Fokussierung auf der Haut und in der Haut ausgeschlossen wären. Außerdem ist die Laserenergiedichte, die mit diesen beiden Patenten verbunden ist, nur wirksam, wenn die streuende fokussierende Platte in einer Entfernung von einem Ziel ist, und nicht wirksam, wenn sie sich nahe einem Ziel befindet.
G. Vargas und A.J. Welch beschreiben in ihrem Artikel "Effects of Tissue Optical Clearing Agents an the Focusing Ability of Laser Light within Tissue" ("Lasers in Surgery and Medicine", Supplement 13, 2001, S. 26) Techniken zur Reduzierung der Streuung von Lichtenergie in einem Gewebe, um einen besser fokussierten Fleck und somit eine effizientere Behandlung von Hautschädigungen zu ermöglichen. Jedoch, wie bereits beschrieben, erfolgt eine Abwägung zwischen der Effizienz einer Laservorrichtung und dem potentiellen Risiko bei ihrem Betrieb; d. h., wenn der Strahl stärker fokussiert ist, wird die Behandlung riskanter.
Sonstiger relevanter Stand der Technik ist offenbart in den US-Patenten 5 595 568 , 5 879 346 , 5 226 907 , 5 066 293 , 5 312 395 , 5 217 455 , 4 976 709 , 6 120 497 , 5 411 502 , 5 558 660 , 5 655 547 , 5 626 631 , 5 344 418 , 5 964 749 , 4 736 743 , 5 449 354 , 5 527 308 , 5 814 041 , 5 595 568 , 5 735 844 , 5 057 104 , 5 282 797 , 6 011 890 , 5 745 519 und 6 142 650 .
US 5 530 780 offenbart eine Lasereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die bekannten Lasereinheiten sind nicht in der Lage, einen Strahl mit einem hohen Energiepegel zu erzeugen, der für ästhetische oder chirurgische Verfahren verwendet werden kann, ohne ein Verletzungsrisiko bei Zuschauern oder einen Schaden an Gegenständen, z. B. durch Entzündung eines Feuers, darzustellen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Laserstrahl bereitzustellen, der für ästhetische oder chirurgische Verfahren verwendet werden kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Laserstrahl bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Laserstrahl bereitzustellen, der für einen Bediener, einen Beobachter oder für Objekte, die sich in der Nähe oder in einer Entfernung von einem Ziel befinden, nicht schädlich ist.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, einen Laserstrahl bereitzustellen, der für industrielle Anwendung verwendet werden kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Einheit optischer Elemente bereitzustellen, die eine Breitwinkelstreuung mit hoher thermischer Widerstandsfähigkeit bereitstellt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Verlaufe der Beschreibung deutlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche 1, 37 und 38 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen zeigen folgendes:
1 stellt eine Seitenansicht verschiedener Lasereinheiten dar, die erfindungsgemäß mit einer Streueinheit ausgerüstet sind, wobei das in 1a gezeigte Abgabesystem ein Gelenkarm, in 1b eine optische Faser und in 1c ein kegelförmiger Lichtleiter ist;
2 stellt eine Seitenansicht des distalen Endes einer Lasereinheit dar und zeigt, wie die Streueinheit daran befestigt ist, wobei die Streueinheit in 2a außen am Führungsrohr befestigt ist, in 2b an einem Laserpointer befestigt ist, in 2c an einem Führungsrohr lösbar befestigt ist, in 2d zusammen mit dem Führungsrohr einstückig ausgebildet ist und in 2e versetzbar ist, wodurch an einer Position der Austrittsstrahl durch diese hindurchtritt und in einer zweiten Position der Austrittsstrahl nicht durch diese hindurchtritt;
3 ist eine schematische Darstellung verschiedener Konfigurationen bekannter Lasereinheiten, wobei 3a einen nichtgestreuten Strahl zeigt, der von Reflektoren auf ein Ziel gelenkt wird, 3b einen nichtgestreuten Strahl zeigt, der von einer optischen Faser auf ein Ziel gelenkt wird, 3c eine bekannte Operation zeigt, die mit einem Laserstrahl und Scanner durchgeführt wird, 3d die Ausbreitung bekannter gebrochener Laserstrahlen in Richtung eines Blutgefäßes zeigt, 3e einen Ablationslaserstrahl, der auf einem Gewebe fokussiert ist, in Verbindung mit einem Scanner zeigt und 3f die Ausbildung eines Kraters im Gewebe durch einen Ablationsstrahl zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, die die Vorteile der Verwendung einer erfindungsgemäßen Streueinheit darstellt, wobei 4a den relativen Ort der Streueinheit zeigt, 4b zeigt, daß ein kollimierter Laserstrahl zu einem zufällig gestreuten Strahl transformiert wird, 4c zeigt, daß der gestreute Strahl das Hautverletzungsrisiko reduziert, und 4d zeigt, daß der kollimierte Laserstrahl das Augenverletzungsrisiko reduziert;
5 ist eine schematische Zeichnung, die die Ausbreitung eines Laserstrahls in Richtung eines Blutgefäßes zeigt, wobei 5a die Ausbreitung eines nichtgestreuten La serstrahls in Richtung eines Blutgefäßes zeigt, 5b die Ausbreitung eines gestreuten Laserstrahls in Richtung eines Blutgefäßes zeigt, 5c die Ausbildung einer Ablation mittels eines nichtgestreuten Laserstrahls darstellt, 5d die Ausbildung einer Ablation mittels eines gestreuten Laserstrahls erfindungsgemäß darstellt und 5e die Streuung eines Laserstrahls darstellt, der von einem Blutgefäß entfernt ist;
6a ist eine schematische Zeichnung, die die Ansammlung von Flüssigkeitsresten auf einem Streutransmissionselement zeigt, und 6b ist eine schematische Zeichnung, in der das Streutransmissionselement in einer hermetisch verschlossenen Streueinheit angeordnet dargestellt ist;
7 stellt die Produktion einer Vielzahl von Mikrolinsen dar, wobei 7a das Sandstrahlen einer Metallplatte darstellt, 7b die Zugabe einer Flüssigkeit darstellt, die für ultraviolettes Licht empfindlich ist, 7c die Entfernung der Metallplatte darstellt und 7d die Erzeugung eines gestreuten Laserstrahls durch die Mikrolinsen darstellt;
8 stellt zwei Typen einer Streueinheit dar, wobei 8a eine darstellt, die einen einzigen Breitwinkelstreukörper verwendet, und 8b eine darstellt, die einen Klein winkelstreukörper verwendet;
9 stellt eine Streueinheit dar, die einen kegelförmigen Lichtleiter verwendet, so daß der Lichtleiter monochromatisches Licht von einer optischen Faser in 9a und von einer Anordnung von Mikrolinsen in 9b empfängt;
10 stellt eine Streueinheit dar, die einen Winkelstrahlaufweiter ohne Lichtleiter in 10a und mit Lichtleiter in 10b darstellt;
11 stellt eine Streueinheit dar, die zwei holographische Streukörper verwendet, von denen jeder an einem entsprechenden Lichtleiter befestigt ist;
12 stellt eine Streueinheit dar, die zwei Streukörper aufweist, von denen einer axial versetzbar ist, wobei 12a die Einheit in einer aktiven Position und 12b in einer nichtaktiven Position darstellt;
13 ist eine schematische Zeichnung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der ein Scanner einen kohärenten Laserstrahl auf einer Vielzahl von Zielen auf einem Streutransmissionselement schnell repositioniert;
14 ist eine nichterfindungsgemäße Konfiguration, in der eine nichtstreuende Divergiereinheit verwendet wird, um einen Eingangslaserstrahl zu divergieren, wobei 14a ein einzelnes optisches Element und 14b eine Vielzahl von Elementen darstellt;
15 ist eine schematische Darstellung verschiedener Einrichtungen zur Kühlung der Haut während einer kosmetischen Laseroperation, wobei 15a-d bekannte Einrichtungen sind und 15e eine Kühlflüssigkeit verwendet und 15f einen thermoelektrischen Kühler verwendet;
16 stellt eine Augensicherheitsmeßvorrichtung dar; und
17 ist eine schematische Zeichnung einer Blitzlichtvorrichtung, wobei 17a eine darstellt, die unkontrolliertes Zwinkern vor der Auslösung eines Laserstrahls bewirkt, 17b ein Zeitdiagramm ist, das der Blitzlichtvorrichtung gemäß 17a entspricht, und 17c eine Blitzlichtvorrichtung darstellt, die einen retroreflektierenden Strahl von einem Auge innerhalb des Strahlungsbereichs eines Laserstrahls detektiert.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen 1a stellt eine Hochleistungslasereinheit dar, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist und die zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist. Die Lasereinheit 10 arbeitet mit einer Wellenlänge, die zwischen 300 und 1600 nm oder zwischen 1750 nm und 11,5 μm liegt, entweder gepulst mit einer Impulsdauer von 1 ns bis 1500 ms und einer Energiedichte von 0,01 bis 200 J/cm² oder nicht erfindungsgemäß im Dauerbetrieb mit einer Leistungsdichte, die größer als 1 W/cm² ist. Die Lasereinheit 10 ist mit einer Streueinheit versehen, die insgesamt mit 15 bezeichnet ist und die bewirkt, daß der Austrittsstrahl gestreut wird. Ein Austrittsstrahl gilt als gestreut gemäß dieser Ausführungsform, wenn sein mittlerer halber Divergenz- Winkel größer als 42° relativ zur Ausbreitungsachse eines kollimierten Strahls 4 ist. Ein Halbwinkel von 60° entspricht dem Halbwinkel, der von einem "idealen Transmissionsstreukörper" erzeugt wird und der hierin als Streukörper mit einer Transmission von 100% bezeichnet wird und mit Lambertschen winkelgemäßen Streueigenschaften versehen ist. Ein solcher Streuwinkel ermöglicht erfindungsgemäß, daß Licht, das aus der Streueinheit 15 so austritt, daß es für die Augen eines Zuschauers sicher ist, aber dennoch mit einer ausreichend hohen Energiedichte versehen ist, die für die klinische Leistungsfähigkeit der Lasereinheit notwendig ist.
Die Lasereinheit 10 weist auf: ein Verstärkungsmedium 1, das durch eine Stromversorgung 2 zur Erhöhung der Intensität eines Lichtstrahls aktiviert wird, und zwei Parallelspiegel 3, die eine Rückkopplung des verstärkten Strahls zum Verstärkungsmedium liefern, so daß ein kohärenter Strahl mit einer ultrareinen Frequenz erzeugt wird. Die Lasereinheit emittiert einen kohärenten Strahl 4, der sich durch ein Abgabesystem 5 zum distalen Ende 6 ausbreitet. Das Abgabesystem, das in 1a dargestellt ist, ist ein Gelenkarm 7a. Eine Streueinheit 15 ist am distalen Ende eines Führungsrohrs 12 mit Befestigungsmitteln 16, die eine Menge von Schrauben sein können, oder durch Verkleben bzw. Verbindungs- oder andere Einrichtungen, die dem Fachmann bekannt sind, fest angebracht, wodurch ein nichtkohärenter zufällig gestreuter Strahl 14 erzeugt wird, der einer schmalen spektralen Bandbreite zugeordnet ist, die kein Risiko einer Schädigung von Körpergewebe bietet, wenn der Laser unbeabsichtigt auf ein falsches Ziel gerichtet ist. Die Streueinheit weist ein passives Brechungselement auf, das die Wellenlänge des kohärenten Strahls 4 sowie seine schmale Bandbreite erhält, die im allgemeinen kleiner als 1 Ä ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Streueinheit 15 vorzugsweise zylindrisch oder rechteckig, obwohl jede andere geometrische Form gleichermaßen geeignet ist, und weist ein Streutransmissionselement 13, das nahe dem distalen Ende 6 der Lasereinheit ist, und ein klares Transmissionselement 17 auf. Das Streutransmissionselement 13 und das klare Transmissionselement 17 haben die gleichen Abmessungen und sind mit der Streueinheit 15 verbunden. Das Streutransmissionselement 13 und das klare Transmissionselement 17 sind vorzugsweise durch einen schmalen Spalt 18 getrennt. Durch das Vorhandensein des Spalts 18 bleibt der Laserstrahl gestreut, selbst wenn das klare Transmissionselement 17 zerspringt, wodurch die Eigensicherheit einer Lasereinheit erhalten bleibt, die die Erfindung verkörpert. Die Breite des Spalts 18 ist möglichst klein, normalerweise 0,1 mm. Die Streueinheit 15 kann jedoch für eine Konfiguration angepaßt sein, in der das Streutransmissionselement 13 das klare Transmissionselement 17 berührt. Als Alternative kann die Streueinheit ohne ein klares Transmissionselement bereitgestellt werden, wodurch die matte Oberfläche des Streutransmissionselements 13 der Lasereinheit zugewandt ist und ihre glatte Fläche dem Gewebe zugewandt ist.
Streuung wird durch winzige Unregelmäßigkeiten mit einem ungleichmäßigen Durchmesser erreicht, die auf dem Substrat des Streutransmissionselements 13 ausgebildet sind. Das Streutransmissionselement 13 ist vorzugsweise aus dünnem sandgestrahlten oder chemisch geätzten Glas, z. B. mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm, oder aus einer dünnen Bahn eines nichtabsorbierenden lichtstreuenden Polymers, z. B. mit einer Dicke von weniger als 50 μm, z. B. einem lichtstreuenden Polycarbonat, Mylar oder Acryl, hergestellt.
Ein Streutransmissionselement kann auch dadurch hergestellt werden, daß ein holographischer Breitwinkelstreukörper verwendet wird, z. B. einer, der von Physical Optics Corporation (PCO), USA hergestellt ist und nahe einem zusätzlichen Streukörper plaziert wird. Ein holographischer Streukörper, der in 11 dargestellt ist, bewirkt einen halben Streuwinkel, z. B. von mindestens 40°, und der zweite Streukörper bewirkt zusätzlich die Streuung zur Erreichung eines halben Streuwinkels von etwa 60°.
Ein Streukörper, der einem idealen Transmissionsstreukörper nahekommt und einen halben Streuwinkel von 60° oder einen Raumstreuwinkel von 3,14 sr bewirkt, kann aus Material, z. B. Acryl oder Polycarbonat, hergestellt werden, indem das Material gegen eine entsprechende Oberfläche gedrückt wird, die mit einer sehr dichten Anordnung von Fresnel-Mikrolinsen versehen ist, z. B. solche, die von Fresnel Technologies Inc., USA, hergestellt sind, oder indem die Anordnungen von Mikrolinsenoberflächen von einem Lichtleiter getrennt plaziert werden, wie in 9b gezeigt.
Ein ähnlich streuendes Transmissionselement 13 kann aus Lichtstreupapier hergestellt werden, z. B. aus einem transparenten "Pergament"-Zeichenpapier und kann auch aus anderen Materialien, z. B. ZnSe, BaF₂ und NaCl, je nach Anwendung und Typ des verwendeten Lasers hergestellt werden. Beide Flächen des klaren Transmissionselements 17 sind im wesentlichen planer und glatt. Das klare Transmissionselement 17, das der thermischen Belastung standhalten kann, die der gestreute Laserstrahl bewirkt, ist transparent und aus Saphir, Glas, einem Polymer, z. B. Polycarbonat oder Acryl, hergestellt und kann auch aus anderen Materialien, z. B. ZnF₂, hergestellt sein.
Das Streutransmissionselement 13 kann gekühlt werden, so daß es den hohen Leistungsdichten, die zur Erreichung einer klinischen Leistungsfähigkeit notwendig sind, standhalten kann.
Wie in 1b dargestellt, kann das Abgabesystem auch eine optische Faser 7b sein, in der der Laserstrahl 4 fokussiert wird. Die Streueinheit 15 ist auf einem Führungsrohr 8, das den aus dem distalen Ende der optischen Faser 7b austretenden Strahl führt, mittels Befestigungsmitteln 16 angeordnet. Ferner kann, wie in 1c dargestellt, die Lasereinheit aus einer Anordnung 11 von Miniaturlasern bestehen, z. B. solchen, die mit Diodenlasern hoher Leistung, z. B. Lightsheer, hergestellt von Coherent, USA, zur Haarentfernung versehen sind. Das Strahlabgabesystem für diese Konfiguration ist vorzugsweise ein kegelförmiger Reflektor 7c. In dieser Konfiguration ist die Streueinheit 15 am distalen Ende 6 des Lichtleiters 7c fixiert und formt den risikoreichen Strahl in einen zufällig gestreuten Strahl 14 um.
2 stellt verschiedene Verfahren dar, mit denen die Streueinheit 15 an einer Lasereinheit befestigt wird. In 2a ist eine Halterung 19, die die Streueinheit 15 trägt, am Führungsrohr 12 einer vorhandenen Lasereinheit, z. B. einer, die in einer Klinik verwendet wird, mittels Befestigungsmit teln 16a, die eine Menge von Schrauben sein können, oder durch Verbindung bzw. Kleben befestigt. Wie in 2b gezeigt, ist die Lasereinheit mit einem Laserpointer 31 oder mit irgendeiner anderen äquivalenten Streubegrenzungseinheit versehen, die dem Anwender ermöglicht, den Strahl 4 auf ein gewünschtes Ziel auf der Haut zu lenken, und zwar durch die Brennweite und den Strahldurchmesser, die von der im Führungsrohr 12 angeordneten Linse 9 vorgegeben sind. Bei dieser Alternative kann die Streueinheit 15 außen am Führungsrohr 12 befestigt sein oder kann am Laserpointer 19 befestigt sein. In 2c ist die Streueinheit 15 an einem Klettband 16c oder an einem anderen Typ von Haftband befestigt. Dieser Typ von Befestigungsmitteln ist für eine vorübergehende Anwendung ausreichend. In 2d wird die Streueinheit 15 einstückig gemeinsam mit dem Führungsrohr 12 während der Herstellung ausgebildet, und zwar innerhalb seiner Außenwand. 2e stellt ein lösbares Befestigungsmittel dar, wodurch in einer Position einer versetzbaren Streueinheit der Austrittsstrahl kohärent ist, also sich nicht durch das Streutransmissionselement ausbreitet, und in einer zweiten Position, in der die Streueinheit 15 am Führungsrohr 12 befestigt ist, der Strahl nichtkohärent ist und sich durch das Streutransmissionselement ausbreitet.
Bei der bekannten kosmetischen Laserchirurgie, wie in 3a gezeigt, emittiert die Lasereinheit 20 einen nichtgestreuten kohärenten Strahl 24 vom distalen Ende 23 über Reflektoren 21, 22 durch eine optische Faser 29 in 3b oder alternativ durch Reflektoren 27, wie in 3c gezeigt, an eine Stelle 26, die innerhalb eines Gewebes 25 zu behandeln ist. Nach der Operation wird ein gut definierter Fleck im allgemeinen mit einer Größe von bis zu 20 mm je nach spezifischer Anwendung und Vorrichtung hergestellt. Ferner kann der Strahl 24 mittels eines Motors 28, wie in 3c gezeigt, in solchen Situationen, in denen extensive Chirurgie gewünscht wird und Gewebe 25 abgetastet werden muß, gelenkt werden. Wenn die Wellenlänge von 310 bis 1600 nm reicht, d. h. ultraviolett und nah-infrarot, wird der Strahl in Einzelstrahlen 30 zerstreut, wie in 3d gezeigt, während er sich von der Stelle 26 zum Blutgefäß 32 ausbreitet. Das Blutgefäß 32 ist als Beispiel dargestellt und könnte durch einen Haarfollikel oder irgendeinen Typ von Hautschädigung ersetzt werden. Bei Wellenlängen, die von 1750 nm bis 11,5 μm reichen, d. h. fern-infrarot, werden Laser häufig bei fokussierter punktgenauer Ablation verwendet, d. h. mit einem Durchmesser, der bei einer geringen Tiefe von 20 bis 150 μm in epidermischem oder Papillarhautgewebe in Verbindung mit einem Scanner von 50 bis 200 μm reicht, wie in 3e gezeigt. Die Laser werden hauptsächlich zur Ablation von Gewebe, zur Ausbildung eines Kraters, der in 3f gezeigt ist, verwendet. Der Laser 20, der eine gewünschte Operation in einer großen Entfernung zwischen distalem Ende 23 und Zielort 26 bei verschiedenen Anwendungen bewirken kann, die in 3a-d gezeigt sind, kann dennoch eine schwere Schädigung bewirken, wenn der Strahl nicht richtig gerichtet ist.
Im Gegensatz dazu bietet die Erfindung, die schematisch in 4 dargestellt ist, ein viel geringeres Risiko für den Patienten und die Beobachter. Wie in 4a gezeigt, ist die Streueinheit 15 am distalen Ende 23 der Lasereinheit befestigt. Die Streueinheit 15 formt den kohärenten, normalerweise kollimierten Laserstrahl 24 zu einem homogenen, zufällig gestreuten Strahl 14 um, der in 4b gezeigt ist. Infolgedessen reduziert der Strahl 14 deutlich das Verletzungsrisiko auf der Haut, wie in 4c gezeigt, und an den Augen, wie in 4d gezeigt, da ein kollimierter Strahl nicht auf diese Teile des Körpers gerichtet wird. Bei sehr kurzen Entfernungen von weniger als einem Zehntel des Durchmessers des Strahls 24 vom distalen Ende 23 hat der Strahl 24 noch nicht begonnen, vollständig zu streuen und seinen Durchmesser zu vergrößern und ist daher als Mittel zur Durchführung einer kosmetischen Operation leistungsfähig, wie in 4c gezeigt, obwohl eine Erhöhung des Laserleistungspegels mitunter notwendig sein kann, um die entgegengesetzten Reflexionen von der Streueinheit in die Lasereinheit zu kompensieren. Die Kompensation der entgegengesetzten Reflexionen durch Erhöhung des benötigten Leistungspegels für die Lasereinheit ist aufgrund von vier Luft-Glas-Grenzflächen mit einer Fresnelreflexion 4% normalerweise nahe 16% und kann mitunter 50% erreichen. Eine Antireflexionsbeschichtung kann verwendet werden, um die Reflexion zu reduzieren. Für Lasereinheiten, die mit annähernd 10 bis 20% ihrer maximalen Energiekapazität arbeiten, ist es möglich, die Austrittsebene der Streueinheit unabhängig davon, ob ein mattes oder klares Transmissionselement verwendet wird, in einer Entfernung von der Haut von annähernd 50% des Austrittsstrahldurchmessers zu plazieren.
5 zeigt die Vorteile der Erfindung. 5a zeigt einen herkömmlichen kohärenten Laserstrahl 24 mit einer Wellenlänge von 308 bis 1600 nm. Der kollimierte Strahl berührt das Gewebe 25 mit einem Durchmesser D, bevor er während der Ausbreitung zum Zielort 32 zu Einzelstrahlen 30 zerstreut wird. 5b stellt das Ergebnis der Befestigung der Streueinheit 15 an der Lasereinheit dar. Wenn die Streueinheit 15 sich in einer geringen Entfernung von der Gewebefläche befindet, wird der Durchmesser des gestreuten Strahls, der das Gewebe 25 berührt, um einen vernachlässigbaren Wert Δd, wenn man von gleichmäßiger Streuung ausgeht, im Vergleich zum Originalstrahldurchmesser D erhöht. Wenn die Dicke t der Streueinheit 15 kleiner als ein Zehntel des Originalstrahldurchmessers D ist, entsteht ein Verlust von weniger als 20% der Originalstrahlenergiedichte. Außerdem überschreitet der Brechungswinkel θ entsprechend einem Brechungsindex von 1,5 für Keratin im Gewebe relativ zum kollimierten Strahl 24, wenn ein Spalt zwischen dem Streutransmissionselement 13 und dem klaren Transmissionselement 17 vorhanden ist, den kritischen Winkel von 42°. Bei einem Brechungswinkel von weniger als diesem kritischen Wert wird die mögliche zusätzliche Streuung im Gewebe minimiert. Folglich wird die Lichtintensität im Gewebe bewahrt, so daß die klinische Leistungsfähigkeit der Lasereinheit, d. h. die Fähigkeit, ein chirurgisches oder kosmetisches Verfahren durchzuführen, im allgemeinen erhalten bleibt.
So wie eine überflüssige Ablation 29 infolge eines Strahls mit hoher Energiedichte im Spektralbereich von 1,8 bis 11,5 μm im Gewebe 25 erfolgt, wie in 5c gezeigt, kann eine ähnliche Ablation im Gewebe 25 unter Verwendung der Streueinheit 15 bei einem Zusatz von Δd, wie in 5d gezeigt, entstehen. Ein dünnes Distanzelement (nicht dargestellt) kann vorteilhaft hinzugefügt werden, um während des Verdampfungs- Prozesses erzeugte Dämpfe oder Rauch zu evakuieren. Ein solches Distanzelement ist beispielsweise das im Vertikalschnitt U-förmige Transmissionselement, das einen Kontakt mit dem Ziel an seinen seitlichen Enden und eine Dampfevakuierung entlang des Spalts, der durch seinen mittigen offenen Bereich entsteht, ermöglicht. Bei chirurgischen Verfahren, bei denen eine sehr hohe Ablationsrate, z. B. 1 cm³/s, für eine Hautdicke von 0,1 cm notwendig ist, ist das Distanzelement notwendigerweise relativ dick, und der Spalt zwischen dem ablatierten Gewebe und der Streueinheit ist relativ groß, z. B. annähernd 20 bis 30 mm.
Wenn eine überschüssige Rauchmenge entsteht und der Austrittsstrahl gebeugt wird, bevor er auf dem Gewebe auftrifft, kann es notwendig sein, eine Relaisoptikvorrichtung (nicht dargestellt) hinzuzufügen, die den verschlechterten Austrittsstrahl zwischen der Streueinheit und dem Gewebe regeneriert. Ein optischer Regenerator ist mit einer Innenbeschichtung versehen, so daß ein neuer und starker Strahl mit der gleichen Charakteristik wie der verschlechterte Strahl erzeugt wird, wenn die Beschichtung Lichtenergie emittiert, wenn sie durch ankommende Photonen des verschlechterten Strahls stimuliert wird. Zylindrische oder kegelförmige Rohre, die innen mit Gold beschichtet sind, mit einem Einlaßdurchmesser gleich dem Austrittsdurchmesser der Streueinheit sind exemplarische optische Regeneratoren für diese Anwendung. Eine kleine Rauchevakuierungsöffnung ist vorzugsweise in die Wand des Rohrs gebohrt.
Wenn ein langwelliger Laser, der nicht auf einer Augennetzhaut fokussiert wird und der von annähernd 1345 nm bis 10,6 μm reicht, verwendet wird, wird eine Streueinheit möglicherweise nicht benötigt. Um den Austrittsstrahl zu streuen, kann ein Element an einer Oberfläche, die während eines kosmetischen oder chirurgischen Verfahrens mit der Haut in Kontakt ist, außen befestigt werden, so daß der Austrittsstrahl in einem großen Maß divergiert und Augensicherheit aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern vom Ziel sicherstellt, während die Energiedichte ausreichend hoch ist, um klinische Leistungsfähigkeit zu erreichen. Beispielsweise ist ein Erbium- Miniaturlaser mit 0,21 Joule/Impuls, der eine Fleckgröße von 1 mm² hat und eine Energiedichte von 2,1 J/cm² erzeugt, was größer ist als die Schwelle für Gewebeablation, aus einer Entfernung von 10 cm vom Ziel sicher für die Augen, wenn der Strahl einen halben Divergenzwinkel von 45° hat.
Obwohl der Laser ein effektives chirurgisches Werkzeug ist, wenn die Streueinheit sehr nahe an der Gewebefläche ist, wird Sicherheit gewährleistet, nachdem die Streueinheit repositioniert ist, so daß sie sich je nach Laserenergie in einer Entfernung von wenigen Millimetern von der Gewebefläche befindet. Wie in 5e gezeigt, ist die Energiedichte des gestreuten Strahls 14, der auf der Oberfläche des Gewebes 25 auftrifft, viel geringer als die Energiedichte, die sich ergibt, wenn die Streueinheit nahe der Gewebeoberfläche ist.
Die Streueinheit ist dafür angepaßt, zufällige Streuung trotz beliebiger widriger äußerer Bedingungen, die während des chirurgischen Verfahrens auftreten, zu bewirken. Die wahrscheinlichste Ursache für eine potentielle Änderung der Streurate des Laserstrahls, der durch die Streueinheit 15 tritt, resultiert aus dem Kontakt mit dem Gewebe. Nach dem chirurgischen Verfahren, bei dem die Streueinheit das Gewebe berührt, können sich Flüssigkeitsreste 36, z. B. Sebum, Wasser und Kühlgel, wie in 6a gezeigt, auf dem Streutransmissionselement 13 ansammeln. Der Brechungsindex des Flüssigkeitsrestes 36 kann derartig sein, daß der gebrochene Strahl 38 in Kombination mit dem Brechungsindex des Streutransmissionselements 13 dem Muster des kollimierten Strahls 24 nahekommt, der auf der Streueinheit auftrifft.
Um das Verletzungsrisiko zu minimieren, das besteht, wenn der gebrochene Strahl nahezu kollimiert ist, wird das Streutransmissionselement 13 in der Streueinheit 15 angeordnet, die vorzugsweise hermetisch mit einem Versiegelungselement 39 verschlossen ist, wie in 6b gezeigt, um eine Ansammlung eines Flüssigkeitsrests auf dem ersteren zu verhindern. Das klare Transmissionselement 42 ist am distalen Ende der Streueinheit 15 durch Haftung oder mittels eines Distanzelements (nicht dargestellt) befestigt und ist durch den Luftspalt 41 vom Streutransmissionselement 13 getrennt. Das klare Transmissionselement 42 und das Streutransmissionselement 13 sind zueinander parallel, und beide sind senkrecht zur Längsachse der Streueinheit 15. Wenn der Luftspalt kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wird die entsprechende Erhöhung des Strahldurchmessers aufgrund der Streuung begrenzt, wodurch eine minimale Effektivität der Strahlung sichergestellt wird, die vom Laserstrahl bei klinischen Anwendungen transportiert wird. Man würde verstehen, daß die Ansammlung eines Flüssigkeitsrests auf dem klaren Transmissionselement 42 nicht die Eigensicherheit einer Lasereinheit, die mit einer Streueinheit ausgestattet ist, beeinträchtigt. Da Streuung bei dem Streutransmissionselement 13 auftritt und der kombinierte Brechungsindex des Luftspalts 41, des klaren Transmissionselements 42 und des Flüssigkeitsrests nicht ausreicht, um zu bewirken, daß der gestreute Strahl wieder kollimiert wird, bleibt die Eigensicherheit des Lasers erhalten. Die Ansammlung eines Flüssigkeitsrests beeinträchtigt die klinische Leistungsfähigkeit der Lasereinheit nicht, da das klare Transmissionselement 42 während eines chirurgischen Verfahrens nahe an einem Ziel gehalten wird.
Ein zusätzlicher Vorteil, der sich aus der Trennung des klaren Transmissionselements 32 vom Streutransmissionselement 13 ergibt, betrifft die zusätzliche Sicherheit. Selbst wenn ein klares Transmissionselement 42 zerstört ist, zerstreut das Streutransmissionselement 13 den Laserstrahl.
Ein Streutransmissionselement, das dafür angepaßt ist, halbe Divergenzwinkel zu erreichen, die größer als 45° sind und so nahe wie möglich an einem idealen Transmissionsstreukörper liegen, der einen Halbwinkel von 60° erzeugt, kann auf verschiedene Weise hergestellt werden:

• Sandstrahlen der Oberfläche einer Platte aus Glas, Saphir, Acryl oder Polycarbonat mit feinen Partikeln mit einer Größe, die von 1 bis 200 μm je nach Wellenlänge des Laserstrahls reicht und die beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht;
• Sandstrahlen der Oberfläche einer Formwerkzeugplatte mit feinen Partikeln mit einer Größe, die von 1 bis 200 μm je nach Wellenlänge des Laserstrahls reicht und die beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht und die Konturen der neu ausgebildeten Formwerkzeugplattenoberfläche reproduziert, indem warmes Acryl oder ein anderes geeignetes Material darauf gedrückt wird;
• Ätzen der Oberfläche einer Glas- oder Saphirplatte mit chemischen Mitteln, z. B. mit Wasserstofffluorid;
• Ätzen der Oberfläche einer Glasplatte mit einem fokussierten CO₂-Rasterlaserstrahl;
• Aufbringen einer dünnen lichtstreuenden Polymerbahn, z. B. einer Polycarbonatbahn, einer lichtstreuenden Acrylplatte, von hochqualitativem Mylar-Wachspapier oder graphischem "Pergamentpapier" auf eine Glasplatte;
• Erzeugen eines Brechungsmusters auf der Oberfläche eines Glases oder auf einer Acryl- oder Polycarbonatbahn mittels eines holographischen Prozesses, um dadurch den Divergenzwinkel mittels des Beugungsmusters zu steuern, der vorzugsweise so groß ist wie ein Halbwinkel von mindestens 40 bis 450;
• Bereitstellen einer zufällig verteilten Anordnung dünner Fasern, die beispielsweise in Form eines kegelförmigenFaserbündel-Lichtkonzentrators angeordnet sind, wie der von Schott, Deutschland, hergestellte, dessen Apertur mit einem Austrittshalbwinkel von mehr als 40° versehen ist.

7 stellt den Streueffekt dar, der durch Sandstrahlen erzeugt wird. Wie in 7a gezeigt, wird eine Metallplatte 50 mit Aluminiumoxidpartikeln 48 bombardiert, wodurch eine zufällige Verteilung von Kratern 51 entsteht, die jeweils eine unterschiedliche Größe haben. Eine Flüssigkeit 52, die für ultraviolettes Licht empfindlich ist, wird auf die Metallplatte 50 in 7b gegossen und durch ultraviolette Strahlung polymerisiert. Nach Entfernung der Platte 50 wird zur Wiederverwendung im nächsten Produktionsbad die transparente matte Platte 53 hergestellt, wie in 7c gezeigt, die auf einer Seite mit einer zufälligen Verteilung von konvexen Linsen 55 einer Miniaturgröße überzogen ist. Die Linsen 55, die eine sehr kurze Brennweite von annähernd einigen wenigen Wellenlängen haben, wandeln einen kollimierten Laserstrahl mit vollständigem Kohärenzverlust in einen stark divergierenden Strahl um. Es ist möglich, eine ähnliche Technik zu verwenden, um eine Oberfläche mit konvexen oder konkaven Mikrolinsen 57, wie in 7d gezeigt, herzustellen. Mikrolinsen können auch dadurch hergestellt werden, daß geschmolzenes Acryl auf ein Multimikrolinsenformwerkzeug gedrückt wird, anstatt eine UV-Härtungstechnik zu verwenden.
Wie oben beschrieben, wird ein Austrittsstrahl einer Lasereinheit durch die Streueinheit zufällig gestreut. Ein Typ einer Streueinheit ist ein einzelner Breitwinkelstreukörper, wie in 8a gezeigt, und weist ein Streutransmissionselement 781 auf, das gestreutes Licht 782 aus einem Laserstrahl 780 mit einem breiten Streuwinkel T erzeugt. Ein weiterer Typ von Streueinheit ist in 8b gezeigt, wobei Breitwinkelstreuung dadurch erreicht wird, daß divergente optische Elemente 783 und mindestens ein Streukörper 784 und ein Brechungs-/Reflexionselement 785 verwendet werden. Bei diesem Typ von Streueinheit wird ein breiter Streuwinkel T in drei Stufen erzeugt: ein optisches Element 783 erzeugt einen divergenten Breitwinkelstrahl T₁ aus einem Laserstrahl 780, ein Streukörper 784 erzeugt einen kleinen Streuwinkel T₂, und ein Brechungs-/Reflexionselement 785 weitet den Winkel T₂ auf, um einen breiten Streuwinkel T zu erreichen. Eine solche Mehrkomponenten-Streueinheit kann einen breiten Streuungswinkel unter Verwendung von Elementen hoher thermischer Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit erreichen. Man wird anerkennen, daß das Brechungs-/Reflexionselement 785 nicht unbedingt distal in bezug auf den Streukörper 784 angeordnet sein muß, sondern auf eine andere Weise konfiguriert sein kann, um einen breiten Streuwinkel T zu erreichen.
9 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Streueinheit dar, die mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet ist. Die Streueinheit 200 ist eine Breitwinkelstreueinheit, d. h. eine, die einen Streuwinkel erzeugt, der dem eines idealen Transmissionsstreukörpers nahekommt, jedoch in der Lage ist, hohe Laserleistungspegel unter Verwendung von Glas, das aus Kleinwinkelstreukörpern hergestellt ist, zu verkraften. Eine solche Streueinheit wird vorteilhafterweise in solchen Anwendungen verwendet, bei denen hohe Energiedichten für klinische Leistungsfähigkeit benötigt werden und dementsprechend nur ein breiter Streuwinkel Augensicherheit gewährleisten kann.
Wie in 9a dargestellt, befindet sich die optische Faser 201 nahe dem proximalen Ende des kegelförmigen Lichtleiters 202, so daß Lichtstrahlen 203, die aus der Faser 201 mit einem halben Divergenzwinkel A austreten, auf die Innenwand des Lichtleiters 202 auftreffen. Einzelstrahlen 203 werden dann von der Innenwand des Lichtleiters mit einem zunehmend kleineren Reflexionswinkel R reflektiert. Die Innenwand ist mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet, so daß der Reflexionswinkel R kleiner als der kritische Winkel der inneren Totalreflexion ist. Der Kegelwinkel und die Abmessungen des Lichtleiters sowie der Abstand der Faser vom Lichtleiter sind so gewählt, daß der Austrittshalbwinkel C des gestreuten Lichts 208, das sich vom distalen Ende 204 des Lichtleiters ausbreitet, mindestens 60° ist. Außerdem ist der Abstand zwischen der Faser 201 und dem distalen Ende 204 so gewählt, daß die Energiedichte der Strahlen 207, die von der Faser 202 zum distalen Ende 204 ohne Reflexion von der Lichtleiterwand emittiert werden, ausreichend niedrig ist, um als augensicher zu gelten, wenn sie von dem Kleinwinkelstreukörper 205, z. B. 10°, gestreut werden, der einen relativ kleinen Streuwinkel erzeugt und nahe am distalen Ende 204 des Lichtleiters plaziert ist. Ein Kleinwinkelstreukörper wird vorteilhaft aufgrund der Verfügbarkeit solcher Streukörper, ihrer Widerstandsfähigkeit und Fähigkeit, einer hohen Energiedichte standzuhalten, wie sie bei ästhetischen und industriellen Anwendungen erforderlich ist, gewählt. Ein Kleinwinkelstreukörper 205 erhöht die Divergenz des gestreuten Lichts 208 zusätzlich zur Divergenz, die vom kegelförmigen Lichtleiter 202 erzeugt wird.
In einer exemplarischen Streueinheit bewirkt die Faser 201 einen halben Divergenzwinkel von 25°, die Entfernung von der Faser 201 zum Lichtleiter 202 ist 16 mm, der Innendurchmesser des Lichtleiters 202 an seinem proximalen Ende ist 15 mm, der Kegelwinkel des Lichtleiters 202 ist 3°, und die Länge des Lichtleiters 202 ist 142 mm.
Die Streueinheit 200 kann auch einen zweiten Lichtleiter (nicht dargestellt) aufweisen, der gestreutes Licht 208 vom distalen Ende des Lichtleiters 202 empfängt. Dieser zweite Lichtleiter ist ausreichend lang, so daß das gestreute Licht 208, das sich vom Kleinwinkelstreukörper 205 ausbreitet, von der gesamten Oberfläche der Austrittsebene des zweiten Lichtleiters emittiert wird. Die Austrittsebene des zweiten Lichtleiters funktioniert daher wie eine ausgedehnte Streuquelle. Beispielsweise ermöglichen ein zweiter Lichtleiter mit einer Länge von 50 mm und ein Kleinwinkelstreukörper, der einen Streuwinkel von 10° bewirkt, daß gestreutes Licht am Ausgang des zweiten Lichtleiters einen Durchmesser von mehr als 5 mm überspannt.
Wie in 9b gezeigt, weist die Streueinheit 200 eine Anordnung von Mikrolinsen 210 anstelle einer optischen Faser auf, wie in 8a, die sich nahe dem proximalen Ende des kegelförmigen Lichtleiters 202 befindet. Die Anordnung 210 ist so konfiguriert, daß Lichtstrahlen 203, die aus dieser mit halbem Divergenzwinkel A austreten, auf der Innenwand des Lichtleiters 202 auftreffen.
10 stellt eine Streueinheit 700 dar, die einen weiteren Typ eines Winkelstrahlaufweiters aufweist, nämlich einen, der eine Menge konkaver und konvexer Spiegel aufweist. Eine kleinwinklige Faser 701, aus der Lichtstrahlen 703 mit einer kleinen Halbwinkeldivergenz A austreten, z. B. 5°, wird vorteilhaft verwendet, da die Streueinheit 700 eine hohe Winkelverstärkung ermöglicht.
Wie in 10a gezeigt, ist die Halbwinkeldivergenz A so gewählt, daß ein Lichtstrahl 703 auf dem konvexen Spiegel 702 auftrifft und von diesem zum konkaven Spiegel 705 reflektiert wird. Ein Strahl 703 wird ferner vom Spiegel 705 in einem Winkel reflektiert, der es ermöglicht, daß er auf einem Streutransmissionselement 710 auftrifft und von diesem zerstreut wird, welches am konkaven Spiegel 705 befestigt ist. In 10b ist die Streueinheit 700 zusätzlich mit einem Lichtleiter 715 versehen. Das Licht, das aus dem Streutransmissionselement 710 austritt, wird vom Lichtleiter 715 empfangen und innerhalb seiner Innenwand reflektiert, was zu einer Weitwinkelstreuung von der gesamten Austrittsfläche des Lichtleiters 715 führt. Der Lichtleiter 715 fungiert daher als ideale ausgedehnte Streulichtquelle.
11 stellt eine Streueinheit dar, in der zwei holographische Streukörper 220 und 221 von 40 bis 45° an Lichtleitern 222 bzw. 223 befestigt sind. Jeder holographische Streukörper bewirkt einen halben Divergenzwinkel von annähernd 45 bis 50°. Um die Divergenz zu erhöhen, werden zwei holographische Streukörper verwendet. Lichtstrahlen 218, die sich von einer monochromatischen Lichtquelle ausbreiten, werden vom Streukörper 220 in einem Halbwinkel D gestreut und dann innerhalb der Innenwand des Lichtleiters 222 reflektiert. Die gestreuten Einzellichtstrahlen werden ferner vom Streukörper 221 in einem Halbwinkel E gestreut, innerhalb des Lichtleiters 223 reflektiert und treten aus der Streueinheit mit einem Halbwinkel F aus, der sich 60° nähert, wobei der Wert einem idealen Transmissionsstreukörper entspricht. Die Lichtleiter werden gekühlt, so daß die holographischen Streukörper, die normalerweise aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, auch gekühlt werden, so daß sie in der Lage sind, der hohen thermischen Belastung standzuhalten, die von einem Hochleistungslaserstrahl bewirkt wird. Jeder Lichtleiter kann massiv oder hohl sein und kann aus Glas, Saphir, einem flüssigen Dielektrikum oder Kunststoff hergestellt sein.
12 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, bei der die Streueinheit 300 zwei unterschiedliche Streukörper 301 und 302 aufweist, wobei mindestens eine axial versetzbar ist. 12a stellt die Streueinheit 300 in einer aktiven Position dar, so daß die Streukörper 301 und 302 im wesentlichen miteinander in Kontakt sind. Wenn sie in einer aktiven Position sind, wirken die Streukörper 301 und 302 wie ein einzelner zufällig streuender Streukörper, da im wesentlichen das gesamte monochromatische Licht 305, das auf dem Streukörper 301 auftrifft, zum Streukörper 302 übertragen wird. Obwohl die Energiedichte, die zur Durchführung einer wirksamen Behandlung mit monochromatischem Licht 305 benötigt wird, minimal beeinträchtigt ist, kann die geringfügige Erhöhung der Laserenergie beliebige Energiedichteverluste kompensieren. 12b stellt eine Streueinheit 300 in einer nichtaktiven Position dar, so daß die Streukörper 301 und 302 voneinander durch einen Abstand L getrennt sind, der ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß die Strahlungsdichte des Streulichts, das aus dem Streukörper 301 austritt und zusätzlich von dem Streukörper 302 gestreut wird, unter einem Pegel liegt, der für die Augen einer Person sicher ist.
Wie gezeigt, ist der Streukörper 301 axial versetzbar mittels einer Vielzahl von Federn 308, die die Streukörperhalterung 301a mit der Streukörperhalterung 302a verbinden. Wenn ein Hebel 315, der mit der Streukörperhalterung 301a verbunden ist, gedrückt wird, werden die Federn 308 zusammengedrückt, und der Streukörper 301 kommt im wesentlichen in Kontakt mit dem Streukörper 302, wie in 12a gezeigt. Das distale Ende 317 des Handstücks 303 wird dann in Kontakt mit einer Hautstelle gebracht, die mit monochromatischem Licht 305 mit einer hohen Energiedichte und einer hohen Strahlungsdichte zu behandeln ist. Nach Beendigung des gewünschten chirurgischen oder kosmetischen Verfahrens wird der Hebel 315 gelöst, und die Federn 308 werden vorgespannt, um den Streukörper 301 von dem Streukörper 302 um einen Abstand L zu trennen, wie in 12b gezeigt, wodurch die Strahlungsdichte des Streulichts unter einem sicheren Pegel liegt. Man wird anerkennen, daß jede andere Einrichtung, die dem Fachmann bekannt ist, zum axialen Versetzen einer oder mehrerer der Streukörper verwendet werden kann.
13 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, mit der Gewebe, das eine größere Oberfläche hat als die Fläche des darauf auftreffenden Strahls, ohne übermäßige Einwirkung eines Laserstrahls behandelt werden kann. Bei bekannten Systemen, die Scanner verwenden, wird der Behandlungsstrahl durch Programmierung schnell auf dem zu behandelnden Gewebe von einer Stelle zu einer anderen verschoben. Obwohl dieses Verfahren eine schnelle und zuverlässige Behandlung ermöglicht, besteht jedoch ein erhebliches Risiko, nämlich daß der Laserstrahl möglicherweise auf Augen, Haut oder entflammbare Materialien, die sich in der Umgebung der Lasereinheit befinden, gerichtet wird.
Die Streueinheit, die insgesamt mit 60 bezeichnet ist, ist dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Streueinheit starr am Abgabesystem 61 befestigt, das mit einem Scanner versehen ist. Ein Streutransmissionselement 63 ist mit einer Vielzahl von sichtbaren Zielen 66 ausgebildet und nahe an der Haut plaziert, dem distalen Ende des Abgabesystems 61 zugewandt. Die Streueinheit 60 ist vorzugsweise mit einem klaren Transmissionselement versehen, wie oben beschrieben. Ein kohärenter kollimierter oder konvergenter Austrittsstrahl 64 ist über eine Vielzahl von repositionierbaren Reflektoren 65 auf ein vorbestimmtes Ziel 66 gerichtet, das graphisch auf dem Streutransmissionselement 63 dargestellt ist. Der Strahl, der auf dem vorbestimmten Ziel 66 auftrifft, wird zufällig gestreut und in einen nichtkohärenten Strahl 67 umgewandelt, dessen Energiedichte im wesentlichen der des Austrittsstrahls 64 gleicht. Die Reflektoren 65 sind mittels eines Scanners steuerbar repositionierbar, wodurch sie von einer Position und einer Winkelstellung in eine andere verschoben werden können, um den Austrittsstrahl 64 genau auf ein anderes Ziel 66 zu richten. Die Abfolge, welches Ziel den Austrittsstrahl 64 nach einem gewählten Ziel empfangen soll, ist programmierbar und vorzugsweise semistochastisch, um Schmerzen zu verringern, die man infolge der Behandlung von zwei benachbarten Zielen fühlen kann, und zwar mit einem Zeitinkrement zwischen zwei Dosen einer Laserbehandlung, die kleiner ist als ein bevorzugter Wert. Eine programmierbare Abfolge schließt einerseits die Möglichkeit aus, das ein Ziel überhaupt keinen Laserstrahl empfängt, und schließt andererseits die Möglichkeit aus, daß es zufälligerweise zweimal dem Austrittsstrahl ausgesetzt ist. Unter Verwendung der Streueinheit 60 können Strahlen mit kleinem Durchmesser, z. B. 0,1 bis 7,0 mm, vorteilhaft verwendet werden, um ein Gewebe mit einer Fläche von 16 cm² zu behandeln. Ebenso kann ein Scanner für eine beliebige andere mögliche großflächige Streueinheit verwendet werden, z. B. eine Anordnung von Streukörpern/Lichtleitern, die solche Einheiten, die in 9 bis 12 dargestellt sind, einschließen, wodurch ein Austrittslaserstrahl auf jeden der Streukörper/Lichtleiter gerichtet werden kann. Eine solche Anordnung kann aus neun Streukörpern/Lichtleitern bestehen, die jeweils einen Durchmesser von 3 mm haben, um eine Fläche von 81 mm² zu versorgen. Die Abtastung kann auch durch Querbewegung eines Winkelaufwei ters über die Streukörper-/Lichtleiteranordnung erreicht werden.
14 stellt eine nichterfindungsgemäße Konfiguration dar, bei der keine Streueinheit verwendet wird, sondern vielmehr ein optisches Divergierelement verwendet wird, um einen Austrittsstrahl mit einer Strahlungsdichte oder als Alternative einer Energiedichte je nach Wellenlänge unterhalb eines sicheren Pegels zu erzeugen.
Wie in 14a gezeigt, ist das optische Divergierelement 741 in einer Divergiereinheit 748 plaziert, die am distalen Ende der Lasereinheit mittels beliebiger Mittel befestigt ist, die nachstehend in 2 dargestellt sind. Das divergente Element 741, das mit einer relativen kurzen Brennweite versehen ist, fokussiert den Eingangsstrahl 740 am Punkt F. Der Strahl divergiert an einem Punkt, der sich distal in bezug auf den Punkt F befindet, wie dem Fachmann bekannt ist, und erzeugt einen divergenten Strahl 742 mit einem Divergenzwinkel H, einem Querschnitt 743 in einer Ebene koplanar mit dem distalen Ende 744 der Divergiereinheit 748 und einem Querschnitt 752 auf einer Ebene koplanar mit einem Schirm 750. Wenn der divergente Strahl 742 eine Querschnittsabmessung hat, die mindestens gleich dem Querschnitt 752 ist, ist seine Strahlungsdichte kleiner als ein augensicherer Pegel.
Gepulste Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 13 μm nach dem Standard ANSI Z 136.1 gilt als augensicher, wenn die zulässige Energiegrenze (AEL) in der Okularen Ebene kleiner als ein Wert 0,56·t⁽ ^1/4 ⁾ J/cm² ist, wobei t die Impulsdauer in Sekunden ist. Beispielsweise wird eine typische Impulsdauer, die von 1 bis 100 ms reicht, einer AEL zugeordnet, die jeweils von 0,1 bis 0,3 J/cm² reicht. Demzufolge ist die Divergiereinheit 748 mit mindestens einem Schirm 750 versehen, von denen jeder verhindert, daß sein Kopfende in eine Zone des divergenten Strahls eintritt, bei dem die Energiedichte größer als die AEL ist. Der Schirm 750 ist mit dem Rohr 746 der Divergiereinheit 748 mittels eines starren Teils 747 und eines Querteils 749 verbunden. Die Länge des Querteils 749 und der Grad des Divergenzwinkels H sind entsprechend gewählt, um sicherzustellen, daß die Energiedichte distal vom Schirm 750 kleiner als die AEL ist. Normalerweise gibt das Querteil 747 dem Kopfdruck nicht nach, wodurch Augensicherheit gewährleistet ist. Wenn jedoch ein Hebel betätigt wird, wird beispielsweise das Querteil 747 geöffnet und eine Feder (nicht dargestellt), die normalerweise in einem entspannten Zustand ist und mit dem starren Teil 747 und dem Querteil 749 verbunden ist, gespannt und ermöglicht, daß der Schirm proximal verschoben wird. Wenn der Schirm 750 proximal verschoben wird, kann das distale Ende 744 der Divergiereinheit 748 mit einer Ziel-Hautstelle in Kontakt sein, und der Querschnitt 743 des Strahls 742 mit einer ausreichend hohen Energiedichte für eine gewünschte Anwendung kann verwendet werden. Beispielsweise ist die Divergiereinheit 748 für solche Anwendungen geeignet, bei denen ein Laserstrahl durch Wasser stark absorbiert wird.
14b stellt eine Divergiereinheit 950 dar, die aufweist: eine Anordnung 991 von kleinen Fokussierlinsen, von denen jede einen Durchmesser von z. B. 0,7 mm hat, eine Anordnung 992 von Linsen, von denen jede mit einer reflektierenden Beschichtung 993 auf ihrer distalen Seite versehen ist, und eine Vielzahl von konvexen Reflektoren 995, die an einer transparenten Platte 994 befestigt sind. Die Teilstrahlen 990 von einem kollimierten Laserstrahl werden durch die Kleinlinsen 991 fokussiert und durch eine nichtreflektierende Fläche 999 durchgelassen, die auf der distalen Seite jeder Linse 992 ausgebildet ist. Die Lage jeder nichtreflektierenden Fläche 999 ist so gewählt, daß ein fokussierter Teilstrahl, der sich durch diese ausbreitet, auf einem entsprechenden Reflektor 995 in einem solchen Reflexionswinkel auftrifft, daß er von diesem reflektiert wird und auf eine entsprechende reflektierende Beschichtung 993 auftrifft, von der er wiederum reflektiert wird und sich durch die transparente Platte 994 ausbreitet. Die meisten Teilstrahlen, z. B. der Teilstrahl 996, treten dann aus der Platte 994 aus. Einige Teilstrahlen, z. B. der Teilstrahl 989, treffen jedoch auf der querliegenden Seite 997 der Platte 994 auf, die mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist, und bewirken, daß diese Strahlen aus der Platte 994 austreten. Die Platte 994 fungiert dementsprechend als Lichtleiter, wenn quer reflektierende Lichtstrahlen auf einer Seite 997 auftreffen. Die Länge, d. h. der Abstand zwischen den Seiten 997 der Platte 994 ist im wesentlichen gleich der Länge der Anordnung 991, und daher bleibt die Energiedichte eines Eingangsstrahls am Ausgang der Platte 994 erhalten. Um die Anforderungen der oben beschriebenen Standards zu erfüllen, nämlich um einen sicheren Strahlungsdichtepegel mit einer Linse mit einem Durchmesser von 0,7 mm zu erreichen, die einen Divergenzhalbwinkel von 60° erzeugt, kann eine Kleinlinse 991 mit einer Brennweite von 3 mm verwendet werden, um eine gleichmäßige Strahlungsdichte bei einem Raumwinkel von annähernd Π Steradiant zu erreichen.
Das distale Ende der Platte 994 kann geätzt sein, um das aus dieser austretende divergente Licht weiter zu streuen, so daß das distale Ende als eine ausgedehnte Streulichtquelle fungieren kann. Bei Bedarf kann die transparente Platte durch einen Lichtleiter ersetzt werden.
Zusammengefaßt schließt die Erfindung zwei Gruppen von Einheiten ein, die bewirken, daß monochromatisches Licht mit einem hinreichend großen Winkel gestreut wird, so daß die Strahlungsdichte eines Austrittsstrahls augensicher ist:

1) eine Streueinheit, die mit einem einzigen, dünnen Streutransmissionselement versehen ist; und
2) eine Mehrkomponenten-Streueinheit, durch die unter Verwendung einer thermisch hochbeständigen optischen Brechungs-/Reflexionskomponente sowie mindestens eines thermisch beständigen Kleinwinkelstreukörpers ein breiter divergierender Streuwinkel erreicht wird.

Wenn eine Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit verwendet wird, kann eine relativ einfache Vorrichtung zur Überwachung der Augensicherheit verwendet werden. Infolge der hohen thermischen Widerstandsfähigkeit der gewählten Mehrkomponenteneinheit bleibt die Homogenität der Strahlungsdichte im wesentlichen vom proximalen Ende bis zu ihrem distalen Ende erhalten. Folglich ist eine begrenzte Abtastung des Strahlungsdichtepegels erforderlich, und eine teure Überwachungsvorrichtung wird überflüssig. Ein weiterer Vorteil der Mehrkomponenteneinheit besteht darin, daß monochromatisches Licht, das von der Haut reflektiert wird, über einen Lichtleiter, wenn es sich um eine Streueinheit handelt, und über eine transparente Platte, wenn es sich um in eine Divergenzeinheit handelt, zu der entsprechenden Einheit zurückkehrt, wobei ein nachteiliger Effekt für die Haut verhindert wird, wenn reflektiertes monochromatisches Licht zu dieser zurückkehren sollte.
15 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, bei der eine Streueinheit mit einem Hautkühlsystem versehen ist. Transparente Hautkühlvorrichtungen werden häufig in Verbindung mit Hautlaserbehandlungen verwendet. Aber sie zerstreuen Laserlicht nicht und reduzieren nicht die Risiken, die mit der Einwirkung eines Laserstrahls verbunden sind. 13a-d stellen bekannte Hautkühler dar. In 15a und 15b sind Linsen oder Platten 80 in Kontakt mit dem Gewebe 79. Eine Kühlflüssigkeit 81, die durch eine Leitung 83 strömt, leitet Wärme von der erwärmten Haut zu einem Kühler. Der Behandlungslaserstrahl 82 breitet sich, ohne gestreut zu werden, durch die Kühlvorrichtung aus und durchdringt die Haut. In 15c wird ein gasförmiges Kühlmittel 84 verwendet. In 15d ist eine stark leitfähige Platte 86 in Kontakt mit Gewebe 79 und wird durch einen thermoelektrischen Kühler 85 gekühlt.
Wie in 15e dargestellt, weist die Streueinheit 75 ein Streutransmissionselement 74, ein klares Transmissionselement 70 und eine zwischen diesen ausgebildete Leitung 71 auf. Die Leitung 71 ist mit einem Gas oder einer Flüssigkeit mit einer niedrigen Temperatur von annähernd 4°C gefüllt, die in die Leitung 71 über eine Öffnung 72 eintritt und an der Öffnung 73 austritt. Die Kühlflüssigkeit strömt vorzugsweise durch einen Kühler (nicht dargestellt). Die Streueinheit 75 ist in Kontakt mit der Haut positioniert, zur Behandlung und Kühlung derselben. Ein klares Transmissionselement 70 ist vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, z. B. einem Saphir, um die Kühlung der Epidermis zu maximieren. Das Streutransmissionselement 74 ist so angeordnet, daß seine proximale Fläche die matte Seite ist und seine distale Fläche planar ist, der Leitung 71 zugewandt. In 15f weist die Streueinheit ein Streutransmissionselement 74 auf, das aus einem Saphir hergestellt ist und das an seinen Außenseiten 75 durch einen thermoelektrischen Kühler 76 gekühlt wird. Die proximale Seite von 74 ist matt, und die glatte distale Seite ist der Haut zugewandt. Die Parameter der strömenden Flüssigkeit und des Kühlers, beispielsweise eines Hautkühlers Cryo 5, der von Zimmer, Kalifornien, USA hergestellt ist, sind gleich. Man wird anerkennen, daß irgendeine der Hautkühleinrichtungen, die in 15d-f dargestellt sind, verwendet werden kann, um die Haut, die infolge des Auftreffens von monochromatischen Licht auf diese erwärmt wird, zu kühlen, obwohl kein Streutransmissionselement verwendet wird.
Die Augensicherheit bei Einwirkung des Austrittsstrahls einer Streu- oder Divergiereinheit ist in bezug auf bekannte Vorrichtungen erheblich verbessert.
Parameter für eine Analyse der Augensicherheit sind dargelegt in "Laser Safety Handbook", Mallow und Chabot, 1978, wo der Standard ANSI Z 136.1 zitiert ist. Ein Laserstrahl, der von einer lichtstreuenden Oberfläche reflektiert wird, wird als verlängerte Streulichtquelle kategorisiert, wenn sie in einem direkten Blickwinkel A betrachtet werden kann, der größer als der minimale Winkel Amin ist, bezogen auf die Richtung senkrecht zur Quelle des Laserstrahls. Wenn ein reflektierter Strahl nicht im Winkel A betrachtet werden kann, wird er kategorisiert als Intrabeam-Betrachtungsquelle. Da ein reflektierter Strahl stärker kollimiert ist, wenn er mit einer Entfernung betrachtet wird, sind die Betrachtungsbedingungen intrabeamgemäß, wenn der Abstand R von der Quelle des Lasers größer ist als Rmax.
Ein weiterer signifikanter Parameter ist die maximal zulässige Strahlungsdichte, die normalerweise als zulässige Energiegrenze (AEL) bezeichnet wird, während man auf eine Streufläche blickt, die einen Laserstrahl vollständig reflektiert. Die AEL hängt von der Energiedichte, der Expositionsdauer und der Wellenlänge des Laserstrahls sowie vom Raumwinkel ab, in dem der Laserstrahl gestreut wird. Der Sicherheitspegel der Lasereinheit wird bewertet, indem die AEL mit der tatsächlichen Strahlungsdichte (AR) des Laserstrahls verglichen wird. Der Blick auf den Austritt einer erfindungsgemäßen Streueinheit ist äquivalent dem Blick auf einen reflektieren den verlängerten Streukörper mit einem Reflexionsvermögen von 100%. Die AEL für sichtbare und nah-infrarote Strahlung, die aus einer Streueinheit austritt, für die Schutzbrillen auf der Grundlage einer verlängerten Streuquelle nicht notwendig sind, ist durch ANSI Z 136.1 folgendermaßen definiert: 10·k1·k2·(t^1/3) J/cm²/sr, wobei t in Sekunden angegeben ist und k1=k2=1 bei einer Wellenlänge von 400 bis 700 nm, k1=1,25 und k2=1 bei 750 nm, k1=1,6 und k2=1 bei 810 nm, k1=3 und k2=1 bei 940 nm und k1=5 und k2=1 bei einer Wellenlänge von 1060 bis 1400 nm. Die Sicherheitsgrenze, die von ISO 15004:1997E für gepulste Strahlung festgelegt ist, ist 14 J/cm²/sr.
Die tatsächliche Strahlungsdichte (AR) ist die tatsächliche Energie pro cm² pro Steradiant, die von einer Streueinheit emittiert wird. Das Verhältnis zwischen AEL und AR zeigt den Sicherheitspegel der Lasereinheit an, die eine erfindungsgemäße Streueinheit verwendet. Ein Verhältnis kleiner als 1 ist im wesentlichen unsicher. Ein Verhältnis zwischen 1,0 und 5 ist gleich dem einer Blitzlichtquelle hoher Intensität, die bei professioneller Fotografie verwendet wird, und einer intensiven gepulsten Lichtquelle, die bei ästhetischen Behandlungen verwendet wird, und ist viel sicherer als bekannte Laserquellen. Bekannte Laserquellen, die keine Streueinheit aufweisen, haben ein Verhältnis, das mehrere Größenordnungen kleiner als 1 ist.
Die Tabelle 1 unten stellt einen Vergleich zur Augensicherheit zwischen dem Austrittsstrahl von monochromatischem Licht nach Streuung durch eine Streueinheit zu einem Raumwinkel von 3,14 sr dar, die zu derjenigen äquivalent ist, die von einem erfindungsgemäßen idealen Transmissionstreukörper erreicht wird. Die Parameter für eine nichtkohärente Diodenlasereinheit beruhen auf einer, die von Dornier, Deutschland hergestellt ist. Die Parameter für eine nichtkohärente Alexandrit-Lasereinheit beruhen auf einer, die von Sharplan/ESC (Epitouch) hergestellt ist. Die Parameter für eine nichtkohärente Nd:YAG-Lasereinheit, die zur Haarentfernung bestimmt ist, beruhen auf einer, die von Altus, USA, hergestellt ist. Die Parameter für eine nichtkohärente Nd:YAG-Lasereinheit, die für Hautverjüngung bestimmt ist, beruhen auf einer, die von Cooltouch, USA, hergestellt ist. Die Parameter für eine nichtkohärente Farblasereinheit beruhen auf einer, die von ICN (Nlight) hergestellt ist. Die Parameter für eine intensive gepulste Lichtlasereinheit beruhen auf einer, die von ESC hergestellt ist. Die AEL für eine bestimmte Wellenlänge und Impulsdauer beruht auf dem oben erwähnten Standard ANSI Z 136.1.
Die Tabelle zeigt, daß der erfindungsgemäße Austrittsstrahl im wesentlichen so augensicher oder sicherer ist als breitbandige nichtkohärente intensive gepulste Lichtquellen, z. B. solche, die für professionelle Fotografie verwendet werden, oder solche, die für kosmetische Chirurgie verwendet werden. Das gestreute monochromatische Licht bei den meisten Lichtquellen erfordert keine Schutzbrillen und ist sicherer als ein zufälliger Blick in die Sonne für einen Bruchteil einer Sekunde. Obwohl dieses Verhältnis für Alexandrit-Laser und gepulste Intensivlichtquellen kleiner ist als 1 und Schutzbrillen nicht getragen werden müssen, ist die erforderliche optische Dämpfung für diese Lichtquellen kleiner als 3, viel kleiner als die erforderliche optische Dämpfung bei Verwendung einer herkömmlichen monochromatischen Lichtquelle, die nicht mit einer Streueinheit versehen ist und die in der Größenordnung von 10⁴ bis 10⁷ liegt. Man wird anerkennen, daß ein ähnlicher Augensicherheitspegel für Lasereinheiten, die eine Streueinheit verwenden, mit einem sehr breiten Streuwinkel erreicht werden kann, der einem Halbwinkel von 60° oder einen Raumwinkel von Π Steradiant nahekommt. Streuung mit kleinem Winkel kann zu verschiedenen Augensicherheitspegeln führen, wenn mit einer Energiedichte gearbeitet wird, die für ästhetische Behandlung geeignet ist; dennoch ist ein solcher gestreuter Austrittsstrahl viel sicherer als ein Austrittsstrahl einer herkömmlichen kohärenten Lasereinheit.
Die Strahlungsdichte des von einer Streueinheit emittierten Lichts kann gemessen werden, um durch Überprüfung festzustellen, daß sie den entsprechenden Standards für Lasersicherheit für Augen entspricht. In einer Ausführungsform ist ein umgewandelter Laser, der eine erfindungsgemäße Streueinheit verwendet, mit einer Augensicherheitsmeßvorrichtung versehen. Eine solche Vorrichtung kann ein Energiemesser, z. B. der, der von Ophir, USA, hergestellt ist, oder eine Anordnung von Lichtdetektoren 805 sein, wie in 16 dargestellt. Die Augensicherheitsmeßvorrichtung ist mit einer Steuerschaltungsanordnung verbunden, die in Kommunikation mit dem Betriebssystem der Lasereinheit steht, so daß bei einer Betriebsstörung eine Warnung ausgegeben wird, die besagt, daß Schutzbrillen erforderlich sind, wenn die gemessene Strahlungsdichte eines gestreuten Laserstrahls größer ist als ein vorbestimmter sicherer Wert. Als Alternative kann die Steuerschaltungsanordnung den Betrieb der Lasereinheit unterbrechen, wenn die gemessene Strahlungsdichte eines gestreuten Laserstrahls größer ist als ein vorbestimmter sicherer Wert.
16 stellt eine exemplarische Augensicherheitsmeßvorrichtung dar, die mit dem Bezugszeichen 800 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 800 ist funktionsfähig, um die Strahlungsdichte von gestreutem Licht 810 zu messen, das mittels einer Streueinheit 15 gestreut wird, die am distalen Ende 809 eines Handstücks einer Lasereinheit 801 befestigt ist. Die Vorrichtung 800 ist mit einer Anordnung von Lichtdetektoren 806, z. B. komplementäre Metalloxidhalbleiter-(CMOS-)Detektoren, die eine Lichtbilderzeugung ermöglichen, an ihrem distalen Ende 805 versehen, an dem gestreutes Licht 810 auftrifft, nachdem es durch eine Apertur 808 mit einem Durchmesser Q₀ und eine Linse 807 getreten ist. Nachdem das distale Ende 809 in eine komplementäre Öffnung, die in der Vorrichtung 800 ausgebildet ist, eingefügt worden ist, bis sie die ringförmige Anschlagplatte 804 senkrecht zur Außenwand 803 der Vorrichtung 800 berührt hat, wird die Lasereinheit ausgelöst. Der Deutlichkeit halber trifft Licht, das sich durch ein Segment Q₁ der Streueinheit 15 ausbreitet, auf dem Segment Q₂ der Detektoranordnung 806 auf. Die Strahlungsdichte des gestreuten Lichts 810 wird daher dadurch bestimmt, daß der Betrag an Energie, der von den Detektoren 806 erfaßt wird, durch den Durchmesser Q₀ der Apertur 808 und durch die Raumwinkelcharakteristik der Detektorstruktur geteilt wird. Beispielsweise ist der Abstand D zwischen der Anschlagplatte 804 und der Apertur 808 200 mm, das Segment Q₁ des Streuelements 15 ist 0,7 mm und der Durchmesser Q₀ der Apertur ist 7 mm, um die Bestimmungen zu erfüllen, die in ANSI Z 136.1 festgelegt sind.
17 stellt ein System dar, bei dem Augensicherheit in der Umgebung einer Lasereinheit, die Infrarotstrahlen und andere unsichtbare Strahlung emittiert, dadurch erhöht wird, daß eine Blitzlichtvorrichtung dem Lasersystem hinzugefügt wird, um zu bewirken, daß die Augen einer Person während der Ausbreitung des Laserstrahls zwinkern.
17a stellt ein distales Ende 960 einer Lasereinheit dar, die von dieser erzeugtes Licht 955 emittiert, wobei das Licht aufgrund der Streueinheit monochromatisches Licht ist. Um einen Schaden an einem Auge 962 eines Zuschauers, der sich in der Nähe der Lasereinheit befindet, zu verhindern, ist eine Blitzlichtvorrichtung 961 am distalen Ende 960 angefügt. Die Blitzlichtvorrichtung 961 erzeugt einen kurzen sichtbaren Lichtblitz für einen Bruchteil einer Sekunde vor dem Zünden eines Laserstrahls.
Wie in 17b gezeigt, löst die Aktivierung der Lasereinheit einen elektrischen Impuls 963 zur Zeit t₀ aus, der eine Zeitgeberschaltung (nicht dargestellt) auslöst. Die Zeitgeberschaltung ist dafür angepaßt, einen Impuls 964 zur Zeit t₁ zu erzeugen und an die Blitzlichtvorrichtung 961 zu übertragen, um einen Blitz zu erzeugen, der vom Auge 962 wahrgenommen wird. Die Blitzlichtvorrichtung 961 kann eine zu Kameras gehörige bekannte Blitzlichteonrichtung sein oder kann Dioden oder irgendeine andere mögliche Einrichtung zur Erzeugung eines momentanen Blitzes benutzen. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer überträgt die Zeitsteuerschaltung einen Impuls an das Steuersystem der Lasereinheit, um einen Laserstrahl zur Zeit t₂ zu zünden. Diese vorbestimmte Zeitdauer, nämlich die Differenz zwischen t₂ und t₁, ist annähernd 0,25 s, entspricht der Reaktionszeit eines unkontrollierten Zwinkerns als Reaktion auf Licht und ist vorzugsweise nicht länger als 0,20 s. Die Blitzlichtvorrichtung 961 kann einer beliebigen monochromatischen Lichtquelle hinzugefügt werden, z. B. irgendeinem Typ von Laser- oder IPL-Quellen, ganz gleich, ob sie sichtbares oder nichtsichtbares Licht erzeugen.
17c stellt eine weitere Anwendung einer Blitzlichtvorrichtung 961 dar. Durch Erzeugung eines Blitzes mit der Vorrichtung 961 und durch Bestimmung, ob der Detektor 975 Licht erfaßt, das vom Auge 962 retroreflektiert wird, kann ein Mikroprozessor (nicht dargestellt) in Kommunikation mit einer Steuerschaltung (nicht dargestellt) und mit einem Detektor 975, z. B. ein Photodetektor, bestimmen, daß das Auge 962 in Gefahr ist, durch eine drohende Auslösung eines Laserstrahls von der Lasereinheit verletzt zu werden. Die Chorioidschicht der Netzhaut reflektiert streuend die Lichtquelle 973, die vom vorher erzeugten Blitz auf dieser auftrifft, und die Optik des Auges 962 wirft ein Bild zurück oder retroreflektiert das Licht zurück zur Blitzlichtvorrichtung 961. Der retroreflektierte Strahl 974 wird vom Strahlteiler 970 durch eine Linse (nicht dargestellt) auf 975 reflektiert. Zwei zusätzliche benachbarte Detektoren (nicht dargestellt) detektieren Licht, das von anderen Flächen im Raum reflektiert wird, in dem sich die Lasereinheit befindet. Wenn das vom Detektor 975 erzeugte Signal eine viel größere Amplitude hat als die Signale, die von den zusätzlichen Detektoren erzeugt werden, bestimmt der Mikroprozessor, daß das Auge 962 in einem Strahlungsbereich eines Laserstrahls ist. Die Steuerschaltung der Blitzlichtvorrichtung 961 sendet dann ein Abschaltsignal an das Steuersystem der Lasereinheit, um dadurch ein Auslösen einer Lasereinheit zu verhindern. Wenn der Detektor 975 verwendet wird, um einen retroreflektierten Strahl zu detektieren und ein Blitz innerhalb einer vorbestimmten Zeit vor dem Auslösen eines Laserstrahls erzeugt wird, wie in 17b dargestellt, um ein unkontrolliertes Zwinkern des Auges während der Ausbreitung des Strahls zu bewirken, ist die Lasereinheit eigensicher. Das heißt, selbst wenn das Auge nicht zwinkert, bestimmt der Detektor 975, daß das Auge 962 in einem Strahlungsbereich eines Laserstrahls ist, und die Lasereinheit beendet ihren Betrieb.
Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersehen kann, bewirkt eine erfindungsgemäße Streueinheit, die an der Austrittsapertur einer herkömmlichen Lasereinheit angeordnet ist, daß der Austrittsstrahl in einem breiten Winkel gestreut wird. Infolge dessen ist der Austrittsstrahl nicht schädlich für die Augen und die Haut von Beobachtern sowie für Gegenstände, die sich in der Umgebung des Ziels befinden. Dennoch behält der Austrittsstrahl im allgemeinen einen ähnlichen Energiedichtepegel wie der Strahl, der von der Austrittsapertur erzeugt wird, wenn die Streueinheit sehr eng oder wesentlich in Kontakt mit einem Ziel ist, und kann daher verschiedene Typen von Behandlungen durchführen, was sowohl kosmetische Chi rurgie als auch industrielle Anwendungen betrifft. Schutzbrillen werden im allgemeinen nicht benötigt, und wenn sie benötigt werden, wäre eine herkömmliche Sonnenbrille die einzige Anforderung, so daß die Arbeit in einer Schönheitsklinik weniger umständlich sein kann.
Beispiel 1
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Betriebsprinzipien der Erfindung zu demonstrieren, bei denen ein transparenter lichtstreuender Kleber "Magic Tape", hergestellt von 3M, mit einer Dicke von 100 μm am distalen Ende einer Alexandritlasereinheit mit einem Durchmesser von 8 mm befestigt wurde. Der Energiepegel des Laserstrahls ist 11 J/Impuls. Der Laserstrahl war auf die weiße (Rück-)Seite eines schwarzen entwickelten Fotopapiers mit einer Dicke von 300 μm gerichtet. Zum Vergleich wurde der Laserstrahl auch auf das Fotopapier ohne die Verwendung des Haftbands gerichtet.
Die Ablation des schwarzen Papiers, nachdem der Strahl sich ausgebreitet hatte und durch das weiße Papier zerstreut wurde, erbrachte eine visuelle Simulation der Fähigkeit des Laserstrahls, transparente lichtstreuende Haut zu durchdringen, um schwarze Haarfollikel (oder irgendeinen anderen Typ von Schädigung) unter der Haut zu behandeln.
Die Energie des Laserstrahls, der durch das Haftband durchgelassen wurde, das bewirkte, daß der Laserstrahl streute, wurde gemessen, indem der Strahl auf ein Energiemeßgerät gerichtet wurde, das sich in einer Entfernung von 1 mm vom distalen Ende der Lasereinheit befand. Die Energie des gestreuten Laserstrahls sank von 11 auf 10 J. Die Ergebnisse dieses Experiments zeigen, daß das Streutransmissionselement keine wesentliche Energiemenge absorbiert hat, da in jedem Fall aufgrund von Fresnel-Reflexion ein Verlust von 10% erwartet wird.
Wenn der Laserstrahl auf die weiße (Rück-)Seite einer entwickelten Fotoplatte in einer Entfernung von 1 mm gerichtet wurde, erfolgte eine Ablation der schwarzen Farbe auf der entgegengesetzten Seite des Fotopapiers. Es bestand kein Unterschied in den Ergebnissen zwischen der Verwendung eines lichtstreuenden Bandes oder ohne dieses. Dieses Experiment zeigte, daß das Verhalten eines nichtkohärenten Alexandritlaserstrahls erfindungsgemäß in einer Entfernung von 1 mm im wesentlichen dem entsprechenden kohärenten Laserstrahl entspricht.
Wenn der Laserstrahl ohne den Zusatz eines lichtstreuenden Bandes auf das Fotopapier aus einer Entfernung von mindestens 8 mm gerichtet wurde, erfolgte eine Ablation, die mit der identisch ist, die aus einer kurzen Entfernung von 1 mm entstand. Wenn jedoch ein lichtstreuendes Band an der Austrittsapertur der Lasereinheit aus einer Entfernung von mindestens 8 mm verwendet wurde, führte der gestreute Strahl nicht zu einer Ablation. Demzufolge ermöglicht die Erfindung einen hohen Sicherheitspegel und den Umstand, daß keine Schädigung von Körpergewebe entsteht, wenn eine Einwirkung bei einer relativ großen Entfernung erfolgt.
Beispiel 2
In einem zweiten Experiment wurde eine Langimpuls-Alexandritlasereinheit mit einer Wellenlänge von 755 nm, einer Impulsdauer von 40 ms und mit einer Energiedichte von 25 J/cm² zur Haarentfernung verwendet. Eine Streueinheit mit einem ultradicht gewebten Polymer-Streukörper mit einem Halbwinkel von 15°, hergestellt von Barkan, oder einem holographischen Streukörper, hergestellt von Physical Optics Corporation (USA), mit einem Halbwinkel von 40° wurde verwendet. Die Streukörper wurden einmalig verwendet. Kühlgel wurde zwischen dem Streukörper und der Haut aufgebracht.
Jeder Impuls eines Laserstrahls, der durch die Streueinheit gestreut wurde, bildete einen Fleck von 5,5 mm auf verschiedenen Haustellen, einschließlich Armen, Bikinilinien, Achselhöhlen von 10 Patienten. Eine vollständige Haarentfernung war unmittelbar nach dem Auslösen des Laserstrahls erkennbar. Jeder Fleck wurde mit einer Kontrollfläche mit einem identischen Durchmesser verglichen, die von einem nichtgestreuten Laserstrahl gebildet wurde, der von derselben Lasereinheit mit ähnlichen Parametern erzeugt wurde, und ähnliche Ergebnisse wurden erreicht. Das Haar kehrte an diesen Stellen für die Dauer eines Monats nicht zurück.
Beispiel 3
Eine Langpuls-Alexandritlasereinheit mit einer Wellenlänge von 755 nm, einer Impulsdauer von 40 ms und einem Energiepegel von 1 bis 20 J ist zur Haarentfernung geeignet.
Der Durchmesser der Streueinheit beträgt 7 mm, und ihr Streuhalbwinkel ist 60°. Die Streueinheit mit einem Streukörper mit einem kleinen Streuwinkel, einer starken Zerstreuungslinse und einem Lichtleiter ist am distalen Ende der Lasereinheit angefügt.
Die bekannte Energiedichte von 10 bis 50 J/cm² wird bei Verwendung einer Streueinheit nicht erheblich reduziert. Die Lasereinheit arbeitet mit 25 J/cm² und erzeugt eine Strahlungsdichte von 8 J/cm²/sr. Da die akzeptable Strahlungsdichtegrenze nach ANSI Z 136.1 4,3 J/cm²/sr beträgt, müssen Zuschauer Schutzbrillen mit 50%-iger optischer Abschwächung verwenden, einer Abschwächung, die der von Sonnenbrillen oder einer Größenordnung von 100 000-mal kleiner als typische Schutzbrillen gleichkommt, die bei der Bedienung einer Lasereinheit getragen werden. Bei einer größeren Zielfläche kann ein Scanner, z. B. das Modell Epitouch, hergestellt von Lumenis, verwendet werden.
Eine Streueinheit mit einem Durchmesser von bis zu 7 mm ist insbesondere für Laser geringerer Energie geeignet, die relativ klein sind, die Haar mit einer langsameren Geschwindigkeit von einer begrenzten Fläche entfernen und preiswert sind. Durch Anwendung eines solchen Lasers unter Verwendung einer Streueinheit werden auch Augenbrauen entfernt.
Beispiel 4
Eine gepulste Nd:YAG-Lasereinheit, z. B. eine, die von Altus (USA) oder Deka (Italien) hergestellt ist, mit einer Wellenlänge von 1064 nm, einer Impulsdauer von 100 ms und einem Energiepegel von 0,5 bis 60 J ist zur Haarentfernung mit einer Energiedichte geeignet, die von 35 bis 60 J/cm² reicht.
Eine Divergiereinheit mit einer Anordnung von fokussierenden Kleinlinsen, einer Anordnung von Linsen, die mit einer reflektierenden Beschichtung auf ihrer distalen Seite versehen sind, und eine Vielzahl von konvexen Reflektoren, die an einer transparenten Platte befestigt sind, wird verwendet, so daß der Divergenzhalbwinkel nahe 60° ist. Wenn ein Laserstrahl mit einer Energiedichte von 40 J/cm²/sr erzeugt wird, entsteht eine Strahlungsdichte 12,7 J/cm²/sr am Ausgang der Divergiereinheit, annähernd die Hälfte der maximal zulässigen Strahlungsdichte nach ANSI Z 136.1.
Beispiel 5
Eine Langpulsdiodenlasereinheit mit einer Wellenlänge, die von 810 bis 830 nm oder von 910 nm oder 940 nm reicht, und einer Impulsdauer, die von 1 bis 200 ms reicht, und mit einem Energiepegel von 0,5 bis 30 J ist zur Haarentfernung bei einer Energiedichte geeignet, die von 20 bis 50 J/cm² reicht.
Der Durchmesser der behandelten Fläche oder die Fleckgröße reicht von 1 bis 20 mm. Das Streutransmissionselement ist vorzugsweise aus Quarzglas oder Saphir hergestellt oder ist ein holographischer Streukörper, der in Verbindung mit einem Lichtleiter oder mit irgendeiner anderen Streueinheit verwendet wird, die oben beschrieben ist. Der Streuhalbwinkel ist nahe 60°. Ein Scanner kann mit der Streueinheit integriert sein. Das Abgabesystem, an dem die Streueinheit befestigt ist, kann ein kegelförmiger Lichtleiter sein, z. B. der, der von Coherent oder Lumenis hergestellt ist, ein Führungsrohr, das beispielsweise von Diomed hergestellt ist, oder ein Scanner, der beispielsweise von Assa hergestellt ist. Bei einer Streueinheit mit einem Durchmesser von 5 mm und einem Laserstrahl, der mit einer Energiedichte von 20 J/cm² und einer Impulsdauer von 100 ms erzeugt wird, ist die Strahlungsdichte am Ausgang der Streueinheit 9,6 J/cm²/sr, kleiner als der maximal zulässige Strahlungsdichtewert von 11,0 J/cm²/sr.
Beispiel 6
Eine Miniaturdiodenlasereinheit für den Hausgebrauch, die mit einer Wellenlänge von annähernd 810 nm oder 940 nm arbeitet, z. B. eine, die von Dornier, Deutschland, hergestellt ist, und einen Leistungspegel von 4 W hat, ist zur Haarentfernung geeignet. Die Erfindung wandelt eine im Dauerbetrieb arbeitende Diodenlasereinheit, die in einer hohen Sicherheitsklasse ist und normalerweise den Betrieb auf medizinisches Personal beschränkt, in eine niedrigere Sicherheitsklasse um, ähnlich wie bei nichtkohärenten Lampen mit dem gleichen Leistungspegel.
Die Streueinheit verwendet einen Winkelstrahlaufweiter mit einem konvexen Reflektor, einen konkaven Reflektor mit einem Innendurchmesser von 16 mm und einen 10°-Glasstreukörper und einen Lichtleiter mit einer Länge von 20 mm und einem Innendurchmesser von 2 mm. Der Durchmesser der behandelten Fläche oder der Fleckgröße ist 2 mm. Die Energiedichte am Ausgang des Lichtleiters ist 30 J/cm², und die Strahlungsdichte an dieser Stelle ist annähernd 10 J/cm²/sr. Ein Scanner kann mit der Streueinheit integriert sein. Der Diodenlaser kann auch ohne Scanner verwendet werden, wobei dann der Laser für eine Dauer von annähernd 300 ms gepulst wird.
Beispiel 7
Eine Rubinlasereinheit mit einer Wellenlänge von 694 nm, einer Impulsdauer, die von 0,5 bis 30 ms reicht, und einem Energiepegel von 0,2 bis 20 J, ist zur Haarentfernung geeignet.
Der Durchmesser der behandelnden Fläche oder der Fleckgröße reicht von 1 bis 20 mm. Die größeren Fleckgrößen können mit Rubinlasern erzeugt werden, die von Palomar, ESC und Car Basel hergestellt sind und die eine Energiedichte bereitstellen, die von 10 bis 50 J/cm² reicht. Die kleineren Fleckgrößen können durch billige Niedrigenergielaser erzeugt werden, die für nichtmedizinisches Personal angemessen sind. Eine Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit kann verwendet werden. Die Lasereinheit ist viel sicherer als eine herkömmliche Lasereinheit.
Ein Scanner, z. B. einer, der von Assa in Dänemark oder von ESC hergestellt ist, kann verwendet werden, um einen reflektierten kollimierten Strahl von einer Apertur zu einer anderen zu verschieben, die in der Streu- oder Divergiereinheit ausgebildet sind. Die Abtastrate ist variabel, und die Verweilzeit an jeder Stelle reicht von 20 bis 300 ms.
Beispiel 8
Hochriskante Lasereinheiten, z. B. Nd:YAG mit einer Wellenlänge von 1,32 μm und hergestellt von Cooltouch, mit einer Impulsdauer von bis zu 40 ms, ein Farbstofflaser mit einer Wellenlänge von 585 nm und hergestellt von N-Light/SLS/ICN oder ein Nd:Glass-Laser mit einer Wellenlänge von 1,55 μm mit einer Impulsdauer von 30 ms, können für nichtablative Hautverjüngung verwendet werden. Diese Anwendung zielt auf die Behandlung von Rosacea, schwachen Pigmentschädigungen, die Verringerung der Porengröße in der Gesichtshaut und leichte Verbesserung der feinen Falten, ohne die Epidermis zu beeinträchtigen. Der Vorteil dieser Laser für eine nichtablative Hautverjüngung hängt mit der kurzen Lernkurve und weiteren vorhergesagten Ergebnissen infolge der kleinen Anzahl von Behandlungsparametern zusammen, die mit der einzelnen Wellenlänge verbunden sind. Durch Implementierung einer Streueinheit wird die Lasereinheit sicher und kann von nichtmedizinischem Personal bedient werden.
Eine N-Lichtlasereinheit wird anfänglich mit einer Energiedichte von 2,5 J/cm² zur Kollagenkontraktion betrieben. Die Hinzufügung einer Streueinheit macht die Lasereinheit so sicher wie einen IPL. Die Hinzufügung einer Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit mit einem Divergenzhalbwinkel von 60° und einem Austrittsdurchmesser von 5 mm führt zu einem Strahlungsdichtepegel von 0,79 J/cm²/sr, was einer akzeptierten Höchstgrenze entspricht.
Ein Laserstrahl kann mit einer beträchtlich billigeren Lasereinheit erzeugt werden, die einen Energiepegel, der von 0,5 bis 3 J reicht, und eine geringe Wiederholrate, z. B. 1 pps, hat und die eine Fleckgröße hat, die von 2 bis 4 mm reicht. Bei Faltenentfernung kann der Bediener der Form der Falten mit einer kleinen Strahlgröße folgen. Ein solcher nichtkohärenter Laserstrahl mit einer Strahlgröße von 2 bis 4 mm ist besonders für Anästhesisten geeignet. Die Verwendung einer Streueinheit, die in 10b dargestellt ist, mit einem 10°-Streukörper und einem Lichtleiter mit einer Länge von 30 mm führt zu einer Lasereinheit mit einer Strahlungsdichte von annähernd 0,5 J/cm²/sr.
Beispiel 9
Eine gepulste Nd:YAG-Lasereinheit mit einer Wellenlänge von 1064 nm und hergestellt von ESC und mit einem Energiepegel von 0,5 bis 60 J ist zur Behandlung von Gefäßschädigungen geeignet. Die Impulsdauer reicht von 1 bis 200 ms, abhängig von der Größe der zu koagulierenden Gefäße (300 μm bis 2 mm) und ihrer Tiefe unter der Oberfläche der Haut. Eine LICAF-(Lithium-Calcium-Fluorid-)Lasereinheit mit einer Wellenlänge von 940 nm kann auch vorteilhaft für diese Anwendung verwendet werden, und ihr zugeordneter Laserstrahl wird besser vom Blut absorbiert als der Nd:YAG- oder Farbstofflaser. Ein Farbstofflaser mit einer Wellenlänge von 585 nm und hergestellt von Candela kann verwendet werden, um Gefäße zu behandeln, die sich in einer geringen Tiefe unter der Hautoberfläche befinden, z. B. solche, die als Feuermalverfärbung, Telangectasia und Besenreiser beobachtet werden.
Der Durchmesser der behandelten Fläche oder der Fleckgröße reicht von 1 bis 10 mm, je nach Energiepegel. Eine Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit wird verwendet aufgrund der relativ hohen Energiedichte von mehr als 90 J/cm², die zur Behandlung tiefer Gefäßschädigungen benötigt werden. Ein Scanner kann mit der Streueinheit integriert sein.
Beispiel 10
Lasereinheiten mit Güteschaltung mit einer Impulsdauer, die von 10 bis 100 ns reicht, und mit einer Energiedichte von 0,2 bis 10 J/cm² sind zur Entfernung von Pigmentflecken geeignet, zumeist auf dem Gesicht oder den Händen, sowie zur Entfernung einer Tätowierung. Ein gütegeschalteter Rubinlaser, wie von ESC oder Spectrum hergestellt, ein Alexandritlaser mit Güteschaltung, hergestellt von Combio, und ein Nd:YAG-Laser mit Güteschaltung können für eine solche Anwendung verwendet werden.
Der Durchmesser der behandelten Fläche oder der Punkgröße reicht von 1 bis 10 mm, je nach Energiepegel. Eine Streueinheit, die zwei Streutransmissionselemente benutzt, wird verwendet, wobei eines fest ist, während das andere axial verschiebbar ist, so daß beide Elemente in einer aktiven Posi tion im wesentlichen in Kontakt miteinander sind, z. B. mit einem Spalt von annähernd 0,2 mm, wenn ein Laserstrahl ausgelöst wird. Der Spalt zwischen den beiden Elementen ist annähernd 15 cm groß, wenn der Laser nicht ausgelöst wird. Der Durchmesser der Streueinheit ist 6 mm. Jedes Streutransmissionselement ist vorzugsweise aus Glas, Saphir oder Polymer hergestellt.
Die Hinzufügung einer solchen Streueinheit mit einem axial verschiebbaren Streukörper zu den oben erwähnten Lasereinheiten ist zweckmäßig, wenn eine Pigmentschädigungs- oder eine Tätowierungsentfernung zu einem weniger riskanten Verfahren werden soll. Tätowierungsentfernung wird nur mittels eines Laserstrahls erreicht und ist nicht mit intensiven Pulslichtquellen erreichbar.
Die Entfernung von Pigmentschädigungen kann auch unter Verwendung einer Erbiumlasereinheit durchgeführt werden, die mit einer Wellenlänge von 3 μm betrieben wird. Die meiste Pigmentierung geht von der Epidermis aus, und ein solcher Laserstrahl dringt nur wenige Mikrometer in die Haut ein. Durch Implementierung einer Streueinheit muß dieses Verfahren nicht notwendigerweise von medizinischen Spezialisten durchgeführt werden. Anästhesisten können eine große Anzahl von Patienten behandeln, insbesondere da ein Erbiumlaser relativ billig ist.
Eine weitere Anwendung der Erfindung betrifft das Gebiet der Zahnheilkunde und betrifft die Behandlung von Pigmentschädigungen, die sich am Gaumen befinden. Gütegeschaltete sowie Erbiumlaser können für diese Anwendung verwendet werden.
Beispiel 11
Ein CO₂-Laser kann zur Faltenentfernung verwendet werden. In bekannten Vorrichtungen wird ein solcher Laser auf zweierlei Weise verwendet, um Falten zu entfernen: durch Ablation einer dünnen Schicht der Haut mit einer Energiedichte von mehr als 5 J/cm² mit einem Coherent Ultrapulse, ESC Silktouch oder einem Nidek-CO₂-Laser und Scanner für die Dauer von weniger als 1 ms; oder durch nichtablatives Erwärmen von Kollagen in der Haut bei niedrigeren Energiedichten, z. B. bei 3 W, was erreicht wird durch den Betrieb eines kontinuierlich arbeiten den ESC Derma-K-Lasers für 50 ms auf einem Fleck mit einem Durchmesser von 3 mm.
Mit der Implementierung der Erfindung, bei der eine Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit an einem CO₂-Laser befestigt ist, kann ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 10,6 μm erzeugt werden. Im Gegensatz zu anderen ferninfraroten Quellen, deren thermische und spektral breite Wellenlänge weniger Steuerung der Eindringtiefe erfordert, ist das erfindungsgemäße Zusammenwirken eines Laserstrahls mit Gewebe gut steuerbar, und seine Dauer kann sehr kurz sein.
Die Streu- und Divergiereinheiten sind vorzugsweise aus einer Kleinlinse hergestellt, die für den CO₂-Laserstrahl transparent ist, z. B. ZnSe oder NaCl. Der Durchmesser der Streueinheit reicht von 1 bis 10 mm. Der Divergenzwinkel ist größer als der akzeptable Mindestwert, um einen Strahlungsdichtepegel im Austrittsstrahl zu erzeugen, der im wesentlichen augensicher ist.
Während einer Ablation ist ein klares Transmissionselement der Streueinheit vom zu behandelnden Gewebe durch ein dünnes Distanzelement mit einer Dicke von annähernd 1 mm getrennt, um eine Evakuierung von Dämpfen und Rauch, die während des Verdampfungsprozesses entstehen, zu ermöglichen.
Ebenso kann eine Erbiumlasereinheit, die mit einer Energiedichte über 2 J/cm² arbeitet und einen Laserstrahl von mehr als 3 μm erzeugt, zur Faltenentfernung verwendet werden. Die Ablation ist flacher, als sie mit einem CO₂-Laser erreicht wird, und die Anwendung einer Erbiumlasereinheit kann auf Tätowierungs- oder Permanent-Make-up-Entfernung erweitert werden.
Beispiel 12
Eine Nd:YAG- oder Oyher-Lasereinheit kann zur Behandlung von Herpes verwendet werden. Ein Diodenlaser mit selektiver Absorption von Cyaningrün oder anderen Materialien durch Fettschädigungen kann zur Behandlung von Akne verwendet werden. Diese beiden Laser können zur Behandlung von Hämorrhoiden und bei fußorthopädischen Schädigungen verwendet werden.
Beispiel 13
Eine Farbstofflasereinheit, die mit einer Wellenlänge von annähernd 630 nm oder 585 nm oder mit anderen Wellenlängen arbeitet, die von natürlichen Porpherinen absorbiert werden, die in P-Akne-Bakterien vorhanden sind, wie etwa hergestellt von Cynachore oder SLS, sowie eine Lasereinheit, die mit 1,45 μm arbeitet, wie hergestellt von Candella, können Akneschädigungen behandeln. Die Hinzufügung einer Streu- oder Divergiereinheit zur Lasereinheit kann die Augensicherheit beträchtlich verbessern und die Verwendung der Lasereinheit für solche Behandlungen durch Krankenpfleger oder nichtmedizinisches Personal vereinfachen.
Beispiel 14
CO₂-, Dioden- und Nd:YAG-Lasereinheiten, die mit einer mittleren Leistung von annähernd 1 bis 10 W arbeiten, werden gegenwärtig von Ärzten verwendet, um Schmerzen zu behandeln. Die Hinzufügung einer Streueinheit kann die Verwendung einer hochsicheren Vorrichtung für dieses Verfahren in Schmerzkliniken durch nichtmedizinisches Personal ermöglichen. Jede Lasereinheit kann eine Anzahl von wiederholt auftretenden Gruppen von Impulsen erzeugen, und zwar während einer Periode von annähernd 3 s. Das Abgabesystem des Laserstrahls kann ein Gelenkarm oder eine optische Faser sein.
Beispiel 15
Eine Diodenlasereinheit, hergestellt von Candella (USA), die einen Laserstrahl mit einer Energiedichte von 10 J/cm², einer Wellenlänge von 1445 nm, einer Impulsdauer von 100 ms und einer Fleckgröße von 3 mm erzeugt, ist zur nichtablativen Hautverjüngung geeignet.
Eine Divergiereinheit mit einer einzelnen Konvergenzlinse fokussiert den Strahl auf eine Fokalzone 1,5 mm nahe am distalen Ende der Divergiereinheit und erzeugt eine Halbwinkeldivergenz von 45°. Die Divergiereinheit ist mit einem Schirm versehen, der sich 10 mm distal vom Fokus befindet, wobei die Energiedichte auf einen augensicheren Pegel von 0,2 J/cm² reduziert wird und eine Fleckgröße 23 mm beträgt.
Beispiel 16
Es ist vorteilhaft, eine augensichere Lasereinheit zum Schweißen zu verwenden. Die Verwendung einer Streueinheit ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, die Risiken, die mit Laserschweißen verbunden sind, zu reduzieren.
Wenn dünne transparente Teile, wie etwa solche, die aus Kunststoff bestehen, beispielsweise mit einer Diodenlasereinheit geschweißt werden, ist es häufig vorteilhaft, einen großflächigen Scanner oder einen Strahl mit großem Durchmesser zu verwenden, der eine große Oberfläche bestrahlt und alle Ziele selektiv mit entsprechenden Chromophoren (durch Wärme) aktiviert. Ein solcher Scanner steht im Gegensatz zu einem Scanner, der spezifisch auf geometrische Stellen gerichtet ist, an denen Schweißmaterialien vorhanden sind. Die Verweilzeit des Schweißlaserstrahls an den Zielen hängt von der Größe des Schweißelements und von der Tiefe des zu schmelzenden Materials ab. Die Verweilzeit ist auch von der Größe eines Ziels abhängig, das durch Photothermolyse behandelt wird. Beispielsweise erfordert das Verschweißen eines Streifens mit einer Dicke von 50 μm mit einem Substrat eine Verweilzeit von annähernd 1 ms, wobei ein Streifen mit einer Dicke von 200 μm eine Verweilzeit von 16 ms erfordert. Die Verweilzeit ist proportional dem Quadrat der Dicke. Einige Schweißchromophore sind im sichtbaren Bereich des Spektrums transparent, weisen aber eine starke Absorption im nah-infraroten Teil des Spektrums auf.
Beispiel 17
Eine weitere industrielle Anwendung der Erfindung betrifft zu verdampfende Mikrostrukturen. Farbflecken oder Tinte bzw. Druckerschwärze können selektiv von Oberflächen, z. B. Kleidungsstücken, Papier oder anderen Materialien, die einer Reinigung bedürfen, unter Verwendung verschiedener gepulster Laser verdampft werden. Ein Beispiel für diese Anwendung betrifft die Wiederherstellung wertvoller Antiquitäten. Ein weiteres Beispiel ist die selektive Aufdampfung metallischer Leiter, die auf Materialien, z. B. Glas, Keramik oder Kunststoffe aufgebracht werden. Die Aufdampfung von metallischen Leitern kann mit einem gepulsten Laser erreicht werden, der im allge meinen um eine kurze Strecke von einem Ziel entfernt ist und dessen Strahl eine Dauer hat, die von 10 ns bis 10 ms reicht. Gepulste Nd:YAG-Laser sind die am meisten verbreiteten industriellen Ablationslaser, obwohl andere Laser auch in Gebrauch sind. Industrielle gepulste Nd:YAG-Laser können einen Energiepegel von 20 J erreichen, der auf einen Fleck von 1 mm konzentriert wird, was einer Energiedichte von 2000 J/cm² entspricht. Die Hinzufügung einer Streueinheit zu einem industriellen Laser erhöht die Sicherheit der ablativen Vorrichtung erheblich.
Gepulste Nd:YAG-Lasereinheiten sind auch geeignet zur Verbesserung des äußeren Erscheinungsbildes größerer Strukturen, z. B. zur Reinigung von Gebäuden, Steinen, antiken Skulpturen und Töpferwaren. Die Lasereinheiten, die heute verwendet werden, sind extrem leistungsfähig, haben einen Dauerbetriebsleistungspegel von bis zu 1 kW und sind daher extrem risikobehaftet. Die Hinzufügung einer Streueinheit verbessert die Sicherheit dieser Lasereinheiten erheblich.
Eine Streueinheit ist, wenn sie an einer Excimerlasereinheit befestigt ist, für Photolithographie und für andere Anwendungen geeignet, die eine Excimerlasereinheit für eine Kurzzielstrecke verwenden.
Durch Hinzufügung einer Mehrkomponenten-Streu- oder -Divergiereinheit werden alle diese Anwendungen für einen Anwender viel sicherer.
Obwohl solche Ausführungsformen der Erfindung zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben worden sind, wird man erkennen, daß die Erfindung mit vielen Modifikationen, Änderungen und Anpassungen und unter Verwendung zahlreicher Äquivalente oder alternativer Lösungen in die Praxis überführt werden kann, die im Betätigungsbereich eines Fachmanns liegen, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu überschreiten.

Claims

System zur Behandlung mit einer monochromatischen Lichtquelle mit: a) einer Behandlungslichtquelle (10) zum Emittieren von gepulstem monochromatischem Licht; b) einem Führungsrohr (8, 12) zum Richten des Lichts auf ein Ziel (32); und c) eine Streueinheit (15) zum Übertragen des Lichts durch ein distales Ende (17) der Einheit zu dem Ziel; wobei die Streueinheit (15) am Führungsrohr so anordenbar ist, daß das distale Ende an einer vorbestimmten Stelle (25) im wesentlichen in Kontakt mit einer Außenfläche des Ziels (32) positionierbar ist, wobei die Streueinheit mindestens ein Streutransmissionselement (13) aufweist, das für das Licht transparent ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Streueinheit (15) ein im wesentlichen planares distales Ende hat und eine Streuoberfläche aufweist, die im Innern der Streueinheit angeordnet ist, wobei die Energiedichte des Lichts (14), das aus dem distalen Ende an dieser Stelle austritt, von 0,01 bis 200 J/cm² pro Impuls reicht, wobei die Impulsdauer des monochromatischen Lichts von 1 ns bis 1500 ms reicht, wobei die Strahlungsdichte des Lichts, das aus dem distalen Ende austritt, einem für Augen zulässigen Pegel von weniger als 10·k1·(t^1/3) J/cm²/sr pro Impuls entspricht, wobei t die Impulsdauer des Lichts in Sekunden ist, k1=1 bei einer Wellenlänge, die von 400 bis 700 nm reicht, k1=1,25 bei einer Wellenlänge von annähernd 750 nm, k1=1,6 bei einer Wellenlänge von annähernd 810 nm, k1=3 bei einer Wellenlänge von 940 nm und k1=5 bei einer Wellenlänge, die von 1060 bis 1400 nm reicht.
System nach Anspruch 1, wobei das Führungsrohr ein Lichtleiter (7c) ist, der die monochromatische Lichtquelle (11) aufweist.
System nach Anspruch 1, ferner mit einer Lichtabgabeeinrichtung zum Abgeben des Lichts an das Führungsrohr (8), wobei die Lichtabgabeeinrichtung aus der folgenden Gruppe gewählt ist: ein Gelenkarm (7a), eine optische Faser (7b), ein Kegelreflektor (7c), eine Linse (9), ein Lichtleiter (200), eine Mikrolinsenanordnung (57), ein Winkelstrahlaufweiter (702, 705), ein Konvexspiegel (702), ein Konkavspiegel (705), ein oder mehrere repositionierbare Reflektoren (65) und eine Kombination daraus.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Streutransmissionselement eine proximale Stirnfläche und eine distale Stirnfläche hat, wobei die proximale Stirnfläche eine Streuoberfläche ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Stelle (25), an der das distale Ende (17) positioniert ist, vom Ziel (32) um einen Abstand von weniger als ein Zehntel des Durchmessers eines Lichtstrahls (14), der aus dem distalen Ende austritt, beabstandet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Stelle (25), an der das distale Ende (17) positioniert ist, vom Ziel (32) um einen Abstand beabstandet ist, der weniger als 50% des Durchmessers eines Lichtstrahls (14), der aus dem distalen Ende austritt, entspricht.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das monochromatische Licht (4) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: gebündelter Laserstrahl, konvergenter Laserstrahl, mehrere konzentrierte Laserstrahlen, Faserleiter-Laserstrahl, kohärentes und nichtkohärentes intensives Impulslicht und lichtemittierende Dioden.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die monochromatische Lichtquelle (10) aus der folgenden Gruppe von Lasereinheiten gewählt ist: Impulsdiode, die mit einer Wellenlänge von annähernd 300 bis 1600 nm arbeitet; gepulster Farb stoff, gepulster Alexandrit, gepulster Rubin und gepulster Nd:YAG, die mit einer Wellenlänge von annähernd 1064 oder 1320 nm arbeiten; gepulster KTP; gepulster Excimer, Farbstoff und Nd:YAG, die mit einer Wellenlänge von annähernd 1440 nm arbeiten, frequenzgedoppelte Nd:YAG, Rubin, Alexandrit, Diode, einschließlich Dioden, die mit einer Wellenlänge von 810 bis 830 nm, annähernd 940 nm und annähernd 1450 nm arbeiten; Diodenstapel, gepulster LICAF, gepulster Er:Glas, gepulster Er:YAG, gepulster Er:YSGG, CO₂, isotopes CO₂ und gepulstes Holmium.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die monochromatische Lichtquelle (10) eine nichtkohärentes gepulstes Licht emittierende Diode ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das monochromatische Licht (4) eine Wellenlänge hat, die von 300 bis 1600 nm reicht.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das distale Ende (17) einen Durchmesser hat, der von 1 bis 40 mm reicht.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Material jedes Streutransmissionselements (13) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Silica, Glas, Saphir, Diamant, nichtabsorbierendes Polymer, lichtstreuendes Polymer, Polycarbonat, Acryl, dicht gepackte Fasern, NaCl, CaF₂, Glas, ZnSe und BaF₂.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Streueinheit (15) ferner mit einem klaren Transmissionselement (17) distal zu einem Streutransmissionselement (13) versehen ist, wobei das Streutransmissionselement und die klaren Transmissionselemente parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse der Streueinheit sind.
System nach Anspruch 13, wobei das klare Transmissionselement (17) aus einem Material besteht, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Glas, Saphir, transparentes Polymer, einschließlich Polycarbonat und Acryl, BaF₂, NaCl und ZnF₂.
System nach Anspruch 13, wobei der Abstand zwischen der proximalen Stirnfläche der Streutransmissions- (13) und klaren Transmissionselemente (17) kleiner als 2 mm ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jedes Streutransmissionselement (13) mit einer Vielzahl von Unregelmäßigkeiten versehen ist, die irgendwo zufällig verteilt sind.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Streutransmissionselement (13) durch ein Beugungsmuster oder durch eine zufällig verteilte Anordnung dünner Fasern gebildet wird.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Streueinheit (15) einen holographischen Streukörper (220, 221) aufweist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Streueinheit (15) ferner ein reflektierendes und/oder ein brechendes optisches Element (785) aufweist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Streueinheit (200) ferner mindestens einen Lichtleiter (202) aufweist.
System nach Anspruch 20, wobei der Lichtleiter (202) aus einem Material besteht, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Vollglas, Saphir, Kunststoff und flüssiges dielektrisches Material.
System nach Anspruch 20, wobei der Lichtleiter (202) hohl ist.
Vorrichtung mit dem System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner mit einer Abtasteinrichtung.
Vorrichtung mit dem System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner mit einer Einrichtung zur Hautkühlung (71, 76).
Vorrichtung nach Anspruch 24, ferner mit einer Einrichtung zur Regulierung der Hauttemperatur in Verbindung mit der Hautkühleinrichtung.
Vorrichtung mit dem System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner mit einer Einrichtung (800) zum Messen der Strahlungsdichte des Lichts (810), das aus dem distalen Ende austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, ferner mit einer Steuerschaltungsanordnung in Kommunikation mit der Strahlungsdichtemeßeinrichtung (800), zum Erzeugen einer Warnung oder Deaktivieren der Lichtquelle infolge einer Störung, wenn die Strahlungsdichte des Lichts, das aus dem distalen Ende austritt, größer ist als ein vorbestimmter zulässiger Wert.
Vorrichtung mit dem System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner mit einer Einrichtung zum Einstellen der Energiedichte des Lichts, das aus dem distalen Ende austritt.
Vorrichtung mit dem System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner mit mindestens einer Komponente, die aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Einrichtung (76) zum Kühlen des Streutransmissionselements (74), Einrichtung zum Steuern der Impulsdauer in Übereinstimmung mit der Größe und Tiefe des Ziels oder der Gefäße unter der Oberfläche der Haut eines Patienten, Einrichtung zum Positionieren des distalen Endes (17) an einer vorbestimmten Stelle (25) im wesentlichen in Kontakt mit dem Ziel (32) und Einrichtung zum Repositionieren irgendeiner der oben genannten Komponenten aus der Umgebung eines ersten Ziels in die Umgebung eines zweiten Ziels.
Nichtchirurgisches Verfahren zum Laserschweißen mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23, 24 und 26 bis 29; b) Anbringen der Streueinheit (15) am Führungsrohr (8, 12); c) Zuführen von Schweißmaterial zum Ziel; d) Positionieren des distalen Endes der Streueinheit an einer vorbestimmten Stelle im wesentlichen in Kontakt mit dem Ziel; e) Einstellen der Energiedichte und Impulsdauer des monochromatischen Lichts, das aus dem distalen Ende (14) austritt, in Übereinstimmung mit Eigenschaften eines zu schweißenden Elements, einschließlich seiner Spektraleigenschaften, Größe und Tiefe von der oberen Fläche; und f) Zünden der Lichtquelle (10) für einen Zeitraum, der zum Verschweißen des Elements ausreicht.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Materialien mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23, 24 und 26 bis 29; b) Anbringen der Streueinheit (15) am Führungsrohr (8); c) Positionieren des distalen Endes (17) der Streueinheit an einer vorbestimmten Stelle im wesentlichen in Kontakt mit dem Ziel, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Farb- oder Tintenflecken, eine Metallbeschichtung, Gebäude, Steine, antike Skulpturen und Töpferware; und d) Zünden der Lichtquelle (10) für einen Zeitraum, der zum Ablatieren des Ziels ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Energiedichte des monochromatischen Lichts annährend 200 J/cm² beträgt.