DE3837248A1 - Einrichtung zur behandlung von hautveraenderungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behandlung von Hautveränderungen des menschlichen oder tierischen Körpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit einigen Jahren ist es bekannt, Hautveränderungen, wie z. B. Tätowierungen, Warzen, Feuermale oder ähnliches durch einen Laserstrahl zu behandeln. Der Laserstrahl erlaubt die schonende und blutarme Behandlung von Pigment- oder Struk­ turveränderungen der Haut. Dazu werden u.a. Helium-Neon, Argon- oder CO₂-Laser verwendet.

Üblicherweise wird der Laserstrahl von Hand über das zu be­ handelnde Hautgebiet geführt. Nicht nur bei flächenhafter Anwendung kommt es dabei unweigerlich zu erheblichen Schwan­ kungen der Energieeinwirkung des Lasers. Dies führt teils zu einer vermehrten Narbenbildung, teils zu nicht ausreichend bestrahlten Gebieten. Eine exakte Dosierbarkeit der Energie­ menge, die in ein Volumenelement der Haut eingebracht wird, ist daher auf diese Weise nicht möglich.

Es ist zwar auch möglich, einen Laserstrahl selbsttätig über ein Behandlungsgebiet, z. B. mit konstanter Geschwindigkeit, zu führen, wodurch eine verbesserte Dosierbarkeit erreichbar ist. Allerdings treten dabei erhebliche Probleme an Behand­ lungsgrenzen auf, denn der Laserstrahl soll nur das tatsäch­ lich zu behandelnde Gebiet erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Behandlung von Hautveränderungen des menschlichen oder tierischen Körpers mit Hilfe eines Laserstrahls anzugeben, die eine exakte Dosierbarkeit der Energieeinbringung in die Haut über das gesamte zu behandelnde Gebiet ermöglicht, ohne daß angrenzende gesunde Haut angegriffen wird.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist ein Bilderfassungssystem zur Aufnahme und Speicherung der Bilder eines zu behandelnden Hautgebietes vorgesehen. Aus einem oder mehreren gespeicherten Bildern werden über einen Diskriminator mit einstellbarer Entschei­ dungsschwelle Raumkoordinaten des zu behandelnden Gebietes ab­ geleitet. Aus den derart gewonnenen Raumkoordinaten wird eine Befehlsfolge abgeleitet, die zur Steuerung der Auftreffkoordi­ naten des Laserstrahls auf dem zu behandelnden Gebiet dient.

Die Bilderfassung des zu behandelnden Hautgebietes kann z. B. über eine TV-Kamera erfolgen, wobei vorzugsweise mehrere Bil­ der in verschiedenen Spektralbereichen aufgezeichnet werden. Durch einen Bildvergleich der gespeicherten Aufnahmen bei wählbarer Diskriminatorschwelle lassen sich die Raumkoordi­ naten des zu behandelnden Gebietes ableiten mit dem Ziel, die spezifische Hautveränderung exakt einzugrenzen und her­ auszuarbeiten.

Eine andere Möglichkeit der Bilderfassung besteht darin, daß ein Laserstrahl geringer Leistung verwendet wird, dessen Ener­ gie keinen Einfluß auf das Hautgebiet ausüben kann. Dieser Laserstrahl wird über das zur Behandlung vorgesehene Hautge­ biet rasterartig geführt. Das von der Hautoberfläche ge­ streute Licht wird durch einen optischen Empfänger erfaßt, und die Intensität und/oder der Spektralbereich des gestreu­ ten Laserlichts dient dann zum Aufbau eines Bildes des zu behandelnden Hautgebietes. Auch hierbei kann die Festlegung der Behandlungsgrenzen durch Erfassung des Gebietes in ver­ schiedenen Spektralbereichen und anschließenden Bildvergleich bei einzustellender Diskriminatorschwelle erfolgen.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das Gebiet mit Hilfe eines Lasers zu erfassen, wobei der Laserstrahl über ein Interferometer, insbesondere Michelson-Interometer in zwei überlagerte Wellenzüge aufgespalten wird. Mit diesem Aus­ trittsstrahl wird dann die Hautpartie angestrahlt. Topo­ graphische Unebenheiten erscheinen dann begrenzt von ge­ schlossenen Hell-Dunkel-Ringen. Das erzeugte Bild wird dann mit einer TV-Kamera aufgenommen, gespeichert und z. B. auf einem Bildschirm dargestellt. Durch vorgegebene Entschei­ dungsschwellen kann das zu behandelnde Hautgebiet auch auf diese Weise abgegrenzt werden, z. B. zur Behandlung von Warzen, deren Pigmentierung sich üblicherweise nicht von der umgebenden Haut unterscheidet.

Die Erfindung ermöglicht eine nahezu selbsttätige Behandlung von Pigmentierungen der Haut oder topographischen Hautverän­ derungen. Die exakte Bilderfassung des zu behandelnden Ge­ bietes erlaubt eine Behandlung, die nahezu keine Schädi­ gung angrenzender gesunder Haut hervorruft. Durch eine durch die Raumkoordinaten des zu behandelnden Gebietes bestimmte programmierte Steuerung des Laserstrahls kann eine exakte Dosierung der Auftreffenergie erreicht werden. In einer be­ vorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann die Energie­ dichte auch in Abhängigkeit von Raumkoordinaten gesteuert werden, die sich ergeben, wenn eine andere weitere Entschei­ dungsschwelle für die Erfassung von Raumkoordinaten zugrunde gelegt wird.

Die Erfindung ermöglicht eine exakte Anpassung der Behand­ lung an Art und Struktur eines zu behandelnden Gebietes. Eine gewünschte Energiemenge kann sehr genau festgelegt wer­ den. Entgegen einem Handbetrieb, bei dem nur die Laserlei­ stung genau einstellbar ist, besteht nach der Erfindung auch die Möglichkeit, die Behandlungsgeschwindigkeit, den Strahl­ durchmesser und den Zeilenabstand genau festzulegen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Aufbau einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild.

Die Wechselwirkung von Licht mit Haut erfolgt über Streuung und Absorbtion. Die Intensitätsabnahme eines in die Haut eindringenden Lichtstrahls ist annähernd exponentiell. Um eine Schädigung gesunden Gewebes zu verringern, wird für die Zwecke der Erfindung eine Laserwellenlänge gewählt, bei der der Absorbtionsweg in gesunder Haut möglichst groß ist. Vor­ zugsweise liegt die benutzte Laserwellenlänge im Bereich zwischen 400 und 1200 Nanometern. In Frage kommen insbeson­ dere Dauerstrichlaser mit hoher Eindringtiefe in biologisches Material. Vorzugsweise werden Laser mit 5 bis 15 W verwendet. Zur Vereinfachung der Handhabbarkeit und zur Erhöhung der Sicherheit sollten Laser mit sichbarem Licht verwendet werden.

Das vom Gewebe absorbierte Licht wird in Wärme umgewandelt, die u.a. über Diffusion abgeführt wird. Die Ortsauflösung eines Dermatologielasers wird dementsprechend durch eine die Haut charakterisierende thermische Diffusionslänge be­ grenzt. Ein Behandlungserfolg setzt eine Temperaturerhöhung in der Haut von ca. 25°C voraus. Bei 1 cm/Sekunde Behandlungs­ geschwindigkeit bedarf es daher einer Laserleistung von etwa 5 Watt.

Der Aufbau der Erfindung ist etwa wie folgt:

Es wird vorzugsweise ein Argonlaser 1 verwendet, der auf einer optischen Bank angeordnet ist. Der Ausgangsstrahl 8 des Lasers 1 ist auf eine Strahlablenkeinheit 5 gerichtet, die der­ art angeordnet ist, daß ein möglichst optimaler Raumwinkel zur Behandlung des Patienten gewährleistet ist. Als Strahlablenk­ einheit wird vorzugsweise ein XYZ-Scanner mit Spiegeln 6 und 7 mit hoher Positioniergenauigkeit benutzt. Zur Steuerung des Scanners werden diesem Anfangs- und Endkoordinaten und die Abtastgeschwindigkeit eines abzufahrenden Vektors übermittelt. Diese Steuerungsdaten werden über eine Rechnerschnittstelle von einem Prozeßrechner geliefert.

Zur Erfassung des zu behandelnden Hautgebietes 2 können in Ab­ hängigkeit von der zu behandelnden Struktur folgende Ein­ richtungen verwendet werden.

Bei Pigmentierungen, wie z. B. Feuermalen, Tätowierungen, oder ähnlichem kann ein Bilderfassungssystem verwendet werden, das z. B. eine Hell-Dunkel-Unterscheidung ermöglicht. Dazu kann eine Videokamera 4 verwendet werden, die ein Schwarz-Weiß-Bild liefert, das anschließend gespeichert wird. Vorzugsweise wird das zu behandelnde Gebiet durch mehrere spektralbegrenz­ te Filter z. B. rot, gelb, grün, blau bestrahlt. Die TV-Kame­ ra macht von jeder farbigen Belichtung eine Aufnahme. Zur Festlegung der Grenzen des Behandlungsgebietes werden dann die verschiedenen Aufnahmen durch logischen Vergleich der ge­ speicherten Bildpunkte miteinander verglichen. Der Bildpunkt­ vergleich kann z. B. additiv oder subtraktiv sein. Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Faltung eines Bildes mit einer Faltungsfunktion oder die digitale Filterung, die z. B. auch zweidimensional sein kann. Diese Auswertung erfolgt vorzugs­ weise in einem Prozeßrechner, der mit einem Optimierungs­ algorithmus arbeitet, um das Behandlungsgebiet bestmöglich gegenüber angrenzendem gesunden Gebiet abgrenzen zu können. Die Erfassungsparameter für bestimmte Typen von Hautverände­ rungen 3 können auch durch den Prozeßrechner gespeichert wer­ den und können dann für spätere Behandlungen die Grundlage der Auswertung bilden. Die Entscheidungsschwelle, die zur Abgrenzung von zu behandelndem von nicht zu behandelndem Hautgebiet gesetzt wird, kann einstellbar gewählt werden, sie kann jedoch auch durch den Prozeßrechner selbst in einem Optimierungsverfahren festgelegt werden.

Eine andere Möglichkeit der Bilderfassung (Fig. 2) besteht darin, daß zunächst ein Laser mit geringer Leistung nach einem fest vorgegebenen Muster rasterartig über die Oberfläche des zu behandelnden Hautgebietes geführt wird. Die Energiedichte dieses Lasers ist derart gering, daß auf diese Weise keine Hautschädigungen hervorgerufen werden. Das von der Hautober­ fläche gestreute Laserlicht wird von einem Hohlspiegel 9, der für den Laserstrahl eine Durchgangsöffnung 11 aufweist, und einen optischen Empfänger 10 erfaßt. Die Intensität und/oder der Spektralbereich (z. B. bei Lasern mit durchstimmbarer Wel­ lenlänge) wird unter Zuordnung zu den entsprechenden Auftreff­ koordinaten des Laserlichts gespeichert und liegt dann in ver­ gleichbarer Form vor, wie eine Aufnahme mit einer TV-Kamera. Die Auswertung dieser Aufnahme kann auf die gleiche Weise, wie oben angegeben, vorgenommen werden.

Bei bestimmten Hautveränderungen, die nicht mit einer Pigmen­ tierung verbunden sind, wie z. B. Warzen, ist die Verwendung einer TV-Kamera oder die rastermäßige Erfassung mit Hilfe eines Laserstrahls nicht möglich. In diesem Fall wird der La­ serstrahl vorzugsweise über ein in den Laserstrahl geschalte­ tes Michelson-Interferometer 12 in zwei überlagerte Wellenzüge aufgespalten (Fig. 3), die auf die zu behandelnde Hautpartie gerichtet werden. Unebenheiten erscheinen dann als geschlossene Linien, die mit einer TV-Kamera aufgenommen werden können. Aus einer derartigen Aufnahme können Raumkoordinaten abgeleitet werden, die eine genaue Abgrenzung eines zu behandelnden Gebie­ tes ermöglichen. Zusätzlich läßt sich auf diese Weise der Grad der Erhöhung der Hautveränderung über die gesunde Haut fest­ stellen, da die Zahl der erzeugten Linien einen Grad für die Höhe der Hautveränderung darstellt. Die Höheninformation kann dann z. B. zur Steuerung der Energiedichte des Behandlungs­ lasers auf dem zu behandelnden Hautgebiet verwendet werden. Vorgenannte Maßnahmen können auch kombiniert werden, so daß jeweils eine optimale Erfassung in Abhängigkeit von dem Typ der Veränderung erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die Festlegung der Abtastgeschwindigkeit, der Laserleistung, des Spotdurch­ messers und des Zeilenabstandes des rasterartig über das zu behandelnde Hautgebiet geführten Behandlungslasers. Die über das Bilderfassungssystem 15 gewonnenen Raumkoordinaten werden gemäß Fig. 4 in einer Rechnereinheit 14 zu einer Befehlsfolge umgewandelt, die auf den XYZ-Scanner (5) gegeben wird, der den Lichtstrahl des Lasers exakt positioniert. Die Wahl von Abtast­ geschwindigkeit, Laserleistung, Spotdurchmesser und Zeilenab­ stand kann selbsttätig durch die Rechnereinheit bei Vorgabe des Typs der Hautveränderung an der Bedieneinheit 13 festgelegt werden.

Damit die durch das Bilderfassungssystem festgelegten Raum­ koordinaten sich während der Behandlung mit dem Laserstrahl nicht verändern, muß das zu behandelnde Hautgebiet exakt in bezug auf die Behandlungseinrichtung positioniert werden. Bei räumlichen Stellungsänderungen des zu behandelnden Haut­ gebietes ist eine erneute Erfassung der Raumkoordinaten er­ forderlich. Zur Vermeidung dieses Nachteils kann vorgesehen sein, daß die absoluten Koordinaten des zu behandelnden Ge­ bietes z. B. über zwei gekennzeichnete Fixpunkte erfaßt wer­ den, daß deren räumliche Lage ständig während der Behandlung kontrolliert wird und bei Veränderungen eine Koordinatentrans­ formation der Behandlungskoordinaten bewirkt, so daß bei einer Bewegung des Patienten während der Behandlung eine Nachsteu­ erung des Laserstrahls erfolgen kann.

Bezugszeichenliste

 1 Laser
 2 Gebiet
 3 Hautveränderung
 4 Kamera
 5 X-Y-Z-Scanner
 6 Spiegel
 7 Spiegel
 8 Laserstrahl
 9 Hohlspiegel
10 Reflektor
11 Öffnung
12 Interferometer
13 Bedieneinheit
14 Prozeßrechner
15 Bilderfasser

Claims (6)

1. Einrichtung zur Behandlung von Hautveränderungen des menschlichen oder tierischen Körpers mit Hilfe eines Laserstrahls (8), der über das zu behandelnde Haut­ gebiet (2) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bilderfassungssystem (4) zur Aufnahme und Speicherung der Bilder eines zu behandelnden Hautgebietes (2) vor­ gesehen ist, daß durch einen Diskriminator aus dem ge­ speicherten Bild Raumkoordinaten für das zu behandelnde Gebiet abgeleitet werden, und daß aus den Raumkoordi­ naten durch eine Steuereinrichtung eine Befehlsfolge abgeleitet wird, die zur Steuerung der Auftreffkoordi­ naten des Laserstrahls auf dem zu behandelndem Gebiet verwendbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilderfassungssystem eine Videokamera (4) ist, mit deren Hilfe mehrere Aufnahmen des Behandlungsge­ bietes erfolgen, daß eine Auswertung der gespeicherten Bilder in verschiedenen Spektralbereichen erfolgt, wobei durch einen Bildvergleich der gespeicherten Aufnahmen bei wählbarer Diskriminatorschwelle die Raumkoordina­ ten des zu behandelnden Gebietes abgeleitet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilderfassungssystem einen Laser geringer Lei­ stung aufweist, dessen Strahl mit festen Anfangs- und Endkoordinaten rastermäßig über das zu behandelnde Haut­ gebiet geführt wird, daß das von der Hautoberfläche gestreute Licht durch einen optischen Empfänger (10) erfaßt und die Intensität und/oder der Spektralbereich des gestreuten Laserstrahls unter Zuordnung zu den ent­ sprechenden Auftreffkoordinaten des Laserlichts gespei­ chert wird, und daß ein derart gespeichertes Bild mit weiteren Bildern des zu behandelnden Hautgebietes bei wählbarer Diskriminatorschwelle verglichen wird und daraus die Raumkoordinaten des zu behandelnden Gebie­ tes abgeleitet werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einzelne Bildpunkte oder Bildpunktgrup­ pen der gespeicherten Bilder logisch miteinander ver­ knüpft werden und aus einem derartig verknüpften Bild die Raumkoordinaten des zu behandelnden Gebietes abge­ leitet werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bilderfassungssystem einen Laser ge­ ringer Leistung aufweist, dessen Strahl nach Durchlau­ fen eines Interferometers (12) auf das zu behandelnde Hautgebiet gerichtet wird, und daß aus dem mittels einer Kamera (4) erfaßten und gespeicherten Bildes des ange­ strahlten Hautgebietes dessen Raumkoordinaten bei Zu­ grundelegung einer wählbaren Diskriminatorschwelle er­ mittelt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer (12) ein Michelson-Interfero­ meter ist.