脉冲照射方法以及脉冲照射装置与流程

1.本发明涉以及脉冲照射方法以及脉冲照射装置。


背景技术：

2.以往，作为皮肤治疗，例如进行凝固治疗，即，通过向皮肤的激光的照射而将胶原纤维加热并凝固。
3.在先技术文献
4.非专利文献
5.非专利文献1，current laser resurfacing technologies，a review that delves beneath the surface，jason preissig，kristy hamilton，rams ey markus，seminars in plastic surgery，vol.26，no.3，2012，pp.109-116


技术实现要素：

[0006]-发明所要解决的课题-[0007]
然而，若通过激光的照射而将生物体组织、特别是皮肤加热，则不只是胶原纤维，同样的加热也会在生物体组织内的细胞中产生，因此有可能很难抑制副作用。
[0008]
因而，本发明的课题之一是，例如提供能够在抑制存在于生物体组织的细胞的加热的同时选择性地加热生物体组织内的胶原纤维的脉冲照射方法以及脉冲照射装置。
[0009]-用于解决课题的手段-[0010]
本发明的脉冲照射方法，是对生物体组织照射光的脉冲并进行加热的脉冲照射方法，所述光的波长被设定为，向所述生物体组织照射了所述光的情况下的所述生物体组织内的胶原纤维的升温幅度要比被包含于所述生物体组织内且包括存在于所述胶原纤维的周围的细胞的水的升温幅度大的范围。
[0011]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述细胞为成纤维细胞。
[0012]
所述脉冲照射方法，例如交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间。
[0013]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述非照射期间被设定为，所述非照射期间结束时的所述水的温度为第一温度以下。
[0014]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述非照射期间被设定为，该非照射期间结束时的所述水的温度和紧接该非照射期间之前的所述照射期间开始时的所述水的温度大致相同。
[0015]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述非照射期间被设定为，该非照射期间结束时的所述胶原纤维的温度要比紧接该非照射期间之前的所述照射期间开始时的所述胶原纤维的温度高。
[0016]
在所述脉冲照射方法中，例如，基于热松弛时间设定所述非照射期间，所述热松弛时间是从紧接该非照射期间之前的所述照射期间的结束时起，所述胶原纤维的温度下降到在所述照射期间开始时的温度上增加了以下温度范围所得的温度为止，该温度范围是将该
照射期间中的所述胶原纤维的升温幅度除以自然对数的底的范围。
[0017]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述非照射期间被设定为所述热松弛时间以上。
[0018]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述非照射期间为80[ms]以上且210[ms]以下。
[0019]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，该照射期间结束时的所述水的温度为第二温度以下。
[0020]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述第二温度是胶原纤维内的胶原分子进行热变性的热变性阈值温度。
[0021]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述第二温度是胶原纤维内的胶原分子进行可逆热变性的可逆热变性阈值温度。
[0022]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且所述细胞不会产生热损伤。
[0023]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且所述细胞产生可逆热损伤。
[0024]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行不可逆热变性，并且所述细胞不会产生热损伤。
[0025]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行不可逆热变性，并且所述细胞产生可逆热损伤。
[0026]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述波长以及所述脉冲的照射期间被设定为，在所述生物体组织的表面产生热蒸发。
[0027]
所述脉冲照射方法，例如，交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间，所述波长、所述照射期间、所述非照射期间以及所述照射期间的重复次数被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且所述细胞不会产生热损伤。
[0028]
所述脉冲照射方法，例如，交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间，所述波长、所述照射期间、所述非照射期间以及所述照射期间的重复次数被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且所述细胞产生可逆热损伤。
[0029]
所述脉冲照射方法，例如，交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间，所述波长、所述照射期间、所述非照射期间以及所述照射期间的重复次数被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行不可逆热变性，并且所述细胞不会热损伤。
[0030]
所述脉冲照射方法，例如，交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间，所述波长、所述照射期间、所述非照射期间以及所述照射期间的重复次数被设定为，所述胶原纤维内的胶原分子进行不可逆热变性，并且所述细胞产生可逆热损伤。
[0031]
所述脉冲照射方法，例如，交替地重复对所述生物体组织照射光的脉冲的照射期间和不对所述生物体组织照射光的脉冲的非照射期间，所述波长、所述照射期间、所述非照射期间以及所述照射期间的重复次数被设定为，在所述生物体组织的表面产生热蒸发。
[0032]
在所述脉冲照射方法中，例如，对所述生物体组织照射了所述光的情况下的所述
胶原纤维的升温幅度相对于所述水的升温幅度之比为1.1以上。
[0033]
在所述脉冲照射方法中，例如，检测所述胶原纤维的变性状态，在检测到所述胶原纤维的给定的变性状态的时间点，结束所述脉冲的照射。
[0034]
在所述脉冲照射方法中，例如，在所述脉冲的照射期间中，间歇性地照射多个光的脉冲。
[0035]
在所述脉冲照射方法中，例如，所述光的波长设定为所述胶原纤维的吸收系数比所述水的吸收系数大的波长。
[0036]
在所述脉冲照射方法中，所述光的波长设定为比1480[nm]长的值。
[0037]
在所述脉冲照射方法中，所述光的波长设定为1600[nm]以下的值。
[0038]
本发明的脉冲照射装置，是对生物体组织照射光的脉冲并进行加热的脉冲照射装置，所述光的波长被设定为，向所述生物体组织照射了所述光的情况下的所述生物体组织内的胶原纤维的升温幅度要比被包含于所述生物体组织内且包括存在于所述胶原纤维的周围的成纤维细胞的水的升温幅度大的范围。
[0039]
所述脉冲照射装置，例如具备检测所述胶原纤维的变性状态的检测部，在由所述检测部检测到所述胶原纤维的给定的变性状态的时间点，结束所述脉冲的照射。
[0040]
在所述脉冲照射装置中，例如，所述光的波长设定为比1480[nm]长的值。
[0041]
在所述脉冲照射装置中，例如，所述光的波长设定为1600[nm]以下的值。
[0042]-发明效果-[0043]
根据本发明的脉冲照射方法以及脉冲照射装置，能够在抑制存在于生物体组织的细胞的加热的同时选择性地加热生物体组织内的胶原纤维。
附图说明
[0044]
图1是实施方式的脉冲照射装置的例示性且示意性的结构图。
[0045]
图2是表示生物体组织的内部构造的示意图。
[0046]
图3是表示水以及胶原分子的吸收系数以及胶原分子相对于水的吸收系数之比的波长光谱的例示性且示意性的图表。
[0047]
图4是表示基于实施方式的脉冲照射方法的水以及胶原纤维的经时性的温度变化的例示性且示意性的时序图。
[0048]
图5是表示实施方式的脉冲照射方法中的脉冲照射期间与该脉冲照射期间内的1个脉冲的照射中的胶原纤维相对于水的温度上升比的相关关系的例示性的图表。
[0049]
图6是针对实施方式的脉冲照射方法中的脉冲照射期间的每一个表示脉冲非照射期间的结束时的水的温度变成和脉冲照射期间的开始时的温度相同的脉冲非照射期间的例示性的图表。
具体实施方式
[0050]
以下，公开本发明的例示性的实施方式以及变形例。以下所示出的实施方式以及变形例的结构、以及由该结构而带来的作用以及结果(效果)仅为一例。本发明通过以下的实施方式以及变形例所公开的结构以外的结构也能实现。此外，根据本发明能够获得通过下述的结构得到的各种各样的效果(也包括衍生的效果)之中的至少一个。
[0051]
[实施方式]
[0052]
[脉冲照射装置的结构]
[0053]
图1是脉冲照射装置1的结构图。如图1所示出的那样，脉冲照射装置1具备脉冲激光装置10、光学头20、光纤30、控制装置40和传感器50。
[0054]
脉冲激光装置10能够出射近红外的激光的脉冲。由脉冲激光装置10出射的激光的脉冲经由光纤30而向光学头20传输，并从光学头20向皮肤s照射。光学头20将激光的脉冲扩散、准直或者聚光后向皮肤s照射。通过所照射的激光的脉冲，皮肤s被加热。光学头20通过手动或者机器人臂等而移动，可将激光的脉冲向皮肤s的所希望的部位照射。控制装置40能够设定并且变更脉冲激光装置10出射的激光的脉冲的强度、脉冲照射期间(脉冲接通期间、脉冲宽度)和脉冲非照射期间(脉冲断开期间)之类的规格。脉冲激光装置10能够具有光纤激光装置或半导体激光装置。皮肤s是生物体组织的一例。
[0055]
传感器50检测皮肤s所包含的胶原纤维的热变性状态。在此，关于胶原纤维的热变性状态，以角膜为例进行说明。角膜，其主成分为胶原蛋白，在角膜内使胶原纤维的排列一致，因此在未发生热变质的状态下透明度高。若因热变性而令角膜内的胶原蛋白产生构造变化，在发生了构造变化的部位成为散射中心，角膜在可见光区域内浑浊。根据与此同样的原理，通过基于光学性传感器50的散射状态的测量、例如照射光的后方散射衰减的测量，能够检测皮肤s的热变性状态。该情况下，传感器50为非接触传感器。此外，若皮肤s发生热变质，则皮肤s的硬度增大。由此，通过基于硬度传感器之类的机械性传感器50的硬度的测量，能够检测皮肤的热变质状态。该情况下，传感器50是接触传感器。并不局限于角膜，即便是其他生物体组织，也能实施胶原分子的热变质状态的检测。控制装置40，能够在通过传感器50检测到胶原纤维的给定的变性状态的时间点，结束脉冲的照射。传感器50是检测部的一例。
[0056]
[皮肤(生物体)的组织]
[0057]
图2是表示皮肤s之类的生物体组织的内部构造的示意图。如图2所示出的那样，皮肤s包括生物体水s1、作为胶原纤维的束的胶原纤维束s2和成纤维细胞s3。成纤维细胞s3生成胶原纤维。成纤维细胞s3的光吸收特性以及热传导特性和水几乎相同。由此，在温度变化的分析中，成纤维细胞s3可看作为水。成纤维细胞s3是细胞的一例。
[0058]
[激光的波长的设定]
[0059]
图3是表示水以及胶原分子的吸收系数以及胶原分子相对于水的吸收系数之比的波长光谱的图表。如图3所示出的那样，在近红外光的范围内，明确可知水的吸收系数以及胶原分子的吸收系数根据波长的不同而不同(小野真理等，日经医学杂志，36，324，2015，以及kou，et al，appl opt，32，3531-3540，1993)。关于水的吸收系数，在照射光的波长的1400[nm]～1600[nm]的范围内，在波长为约1450[nm]的情况下变成峰值，波长越短于约1450[nm]、则越降低，并且波长越长于约1450[nm]则越降低。另一方面，关于胶原分子的吸收系数，在照射光的波长的1400[nm]～1600[nm]的范围内，在波长为约1500[nm]的情况下变成峰值，波长越短于约1500[nm]则越降低，并且波长越长于约1500[nm]则越降低。由此，如图3所示出的那样，在照射光的波长的1400[nm]～1600[nm]的范围内，波长越长，则胶原分子的吸收系数相对于水的吸收系数之比(以下，称为吸收系数比)越增大。另外，推断若波长比1600[nm]长，则胶原分子的吸收系数进一步变小。
[0060]
根据上述那样的性质，在本实施方式中，将对皮肤s照射的激光的波长、即脉冲激光装置10出射的激光的波长设定为，胶原分子的吸收系数比水的吸收系数大的范围、即使得波长比1480[nm]长。波长比1480[nm]长的范围能够称之为胶原纤维(胶原纤维束)比水更容易被加热的范围。
[0061]
另外，如上述，在波长比约1600[nm]还长的范围内，波长越增长，则胶原分子的吸收系数越降低，这意味着，通过波长比1600[nm]还长的激光的照射，胶原分子的光能吸收效率降低。因而，在本实施方式中，将对皮肤s照射的激光的波长、即脉冲激光装置10出射的激光的波长设定为1600[nm]以下。
[0062]
根据上述那样的考察，在本实施方式中，将对皮肤s照射的激光的波长、即脉冲激光装置10出射的激光的波长设定为比1480[nm]长并且为1600[nm]以下。
[0063]
[脉冲照射期间以及脉冲非照射期间的设定]
[0064]
图4是表示伴随于激光的脉冲的照射的水以及胶原纤维的温度的经时变化的示意性的时序图。
[0065]
如图4所示出的那样，在脉冲照射期间ton中，通过吸收激光的能量，从而水以及胶原纤维的温度上升。在此，如上述，在脉冲照射期间ton内，激光的波长被设定为胶原纤维的吸收系数比水的吸收系数更大的波长，因此胶原纤维的温度上升(升温幅度)要比水的温度上升(升温幅度)更大。换言之，激光的波长被设定为，脉冲照射期间ton中的胶原纤维的温度上升比脉冲照射期间ton中的水的温度上升大。
[0066]
发明人们着眼于脉冲照射期间ton中胶原纤维的温度会上升的方面，求取出能够进一步提高吸收系数比的脉冲照射期间ton。
[0067]
图5是表示脉冲照射期间ton和该脉冲照射期间ton内的1个脉冲的照射中的胶原纤维相对于水的温度上升比(以下，简单记为温度上升比)的相关关系的图表。图5是基于针对将皮下组织模型化所得的计算模型的数值模拟的计算值。在数值模拟中，调整边界条件或系数之类的参数，以使得基于激光的照射的热变性深度的计算值接近针对皮下组织的样本的基于激光的照射的热变性深度的实验值。此外，在该数值模拟中，每个脉冲的照射能量并未依据于脉冲照射期间ton，而是设为恒定。即，脉冲照射期间ton越小，则每单位时间的照射能量就越增大，脉冲照射期间ton越长，则每单位时间的照射能量就越变小。通过该模拟，能够针对各种各样的照射部位或照射环境、照射条件等，来推断激光的照射时的各部位的温度以及温度的经时变化。水以及成纤维细胞的测温点在隔开相互间隙而邻接的胶原纤维间的位置(中间位置)，被设定为很难受到胶原纤维引起的热吸收的影响的位置。
[0068]
如图5所示出的那样，表明，在吸收系数比比1大的激光的波长的范围，具体地说比1480[nm]长的范围内，在脉冲照射期间ton为0.01[μs]以上且1000[μs]以下的范围内，能将温度上升比维持得比1大。
[0069]
另一方面，在脉冲非照射期间toff，如图4所示出的那样，通过从温度变得比周边(空气)高的胶原纤维以及水向其周边传递热，从而水以及胶原纤维的温度下降。在此，水的温度下降以及胶原纤维的温度下降取决于水以及胶原纤维的比热。
[0070]
发明人们着眼于在脉冲非照射期间toff中水的温度下降这个方面，求取了在抑制水的温度上升的同时能够实施胶原纤维的选择性加热的脉冲非照射期间toff。
[0071]
图6是在与得到图5的结果相同的数值模拟中，针对脉冲照射期间ton分别表示脉
冲非照射期间toff的结束时的水的温度变为和该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的开始时的温度相同(降低到)的脉冲非照射期间toff的图表。在图6的示例中，脉冲照射期间ton的开始时的水的温度为第一温度的一例。
[0072]
如图6所示出的那样，表明了根据激光的波长以及脉冲照射期间ton，通过设定脉冲非照射期间toff，从而能使脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度下降到和脉冲照射期间ton的开始时的温度大致相同的温度(第一温度)。另外，根据图6可知，优选脉冲非照射期间toff为80[ms]以上且210[ms]以下。
[0073]
此外，如图4所示出的那样，在脉冲非照射期间toff的结束时的胶原纤维的温度比水的温度高的情况下，可以理解通过重复脉冲照射，换言之通过重复脉冲照射期间ton以及脉冲非照射期间toff，从而脉冲非照射期间toff的结束时的水与胶原纤维的温度差逐渐增大，进而，能进一步选择性地加热胶原纤维。
[0074]
该脉冲非照射期间toff优选根据胶原纤维的热松弛时间设定。在此，胶原纤维的热松弛时间，例如也可以规定为从该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的结束时起，胶原纤维的温度下降到在脉冲照射期间ton开始时的温度上相加了温度范围(δtc/e)所得的温度为止的时间，该温度范围是将该脉冲照射期间ton中的胶原纤维的升温幅度除以自然对数的底所得的范围。
[0075]
脉冲非照射期间toff能够设定得比胶原纤维的热松弛时间长。作为一例，脉冲非照射期间toff也可以设定将热松弛时间乘以比1大的系数(例如，1.1等)所得的值。该情况下，脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度容易和该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的开始时的水的温度相同或者比水的温度低。由此，能够更可靠地抑制水的温度上升。
[0076]
脉冲非照射期间toff能够设定为和胶原纤维的热松弛时间相同的时间。该情况下，脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度和该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的开始时的水的温度相同。该情况下，也能够抑制水的温度上升。
[0077]
脉冲非照射期间toff能够设定得比胶原纤维的热松弛时间短。作为一例，脉冲非照射期间toff也可以设定为将热松弛时间乘以比0大并且比1小的系数(例如，0.9等)所得的值。该情况下，脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度要比该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的开始时的水的温度高。换言之，要比图4所示出的脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度高。由此，因为能将进一步提高脉冲非照射期间toff的结束时的胶原纤维的温度，所以能更迅速地提高胶原纤维的温度。其中，该情况下，由于水的温度根据脉冲照射而逐渐升高，故脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度，例如设定为相对于最初的脉冲照射期间ton的开始时的水的温度的温度上升为规定值以下，或者设定为不会对皮肤s造成损伤的温度以下。该情况下的、最初的脉冲照射期间ton的开始时的水的温度相加了规定值的温度或者对皮肤s不会造成损伤的温度是第一温度的一例。第一温度是对应脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度而设定的阈值温度。
[0078]
进而，无论脉冲非照射期间toff的长度如何，脉冲照射期间ton中的水的最高温度都被设定为，例如对皮肤s不会造成损伤的温度以下。该情况下的对皮肤s不会造成损伤的温度是第二温度的一例。第二温度是脉冲对应照射期间ton的结束时的水的温度而设定的阈值温度。
[0079]
通常，对于蛋白质来说，温度越高，则越在短时间内发生热变质，温度越低、则越长时间地发生热变质。构成生物体的蛋白质在约60℃产生不可逆的热变质。此外，根据部位或脏器等而不同，并且根据加热时间也会不同，但生物体组织在加热时间比较长的情况下，在约45℃有时也会产生热损伤。与照射部位或照射环境、照射条件等对应的阈值温度，能够预先通过实验来取得(参照文献2，激光应用工学，小原实，荒井恒宪，绿川克美，科罗娜公司(
コ
口少社)，1998年，)。
[0080]
热松弛时间根据皮肤s的含水率、皮肤s中的胶原纤维(胶原纤维的纤维束)的配置、激光的强度、脉冲照射期间ton等而变化。由此，也可以根据皮肤s的含水率、皮肤s中的胶原纤维的配置、激光的强度、脉冲照射期间ton等可变地设定热松弛时间以及脉冲非照射期间toff。
[0081]
此外，脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton中照射的能量(强度)既可以在多个脉冲中是相同的，也可以按每个脉冲而不同。例如，控制装置40也可以根据基于胶原纤维的加热的变性，使脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及能量之中的至少一者变化。
[0082]
另外，在脉冲照射期间ton中，也可以如爆破波那样间歇性地照射激光的脉冲。该情况下的间歇的时间，例如相比于热松弛时间，非常短。
[0083]
在获得1个脉冲所产生的效果的情况下，激光的波长以及脉冲照射期间ton被设定为胶原纤维内的胶原分子进行热变性。此外，在获得多个脉冲所产生的效果的情况下，激光的波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为胶原纤维内的胶原分子进行热变性。
[0084]
基于激光的重复脉冲照射的生物体组织的局部选择加热，在想要进行选择加热的组织的吸收系数比周围组织的吸收系数大的情况下，存在通过调整脉冲宽度(脉冲照射期间ton)与脉冲间隔(脉冲非照射期间toff)而选择加热吸收系数大的组织的方法。将该方法称为selective photothermolysis(参照文献3，selective photothermolysis，precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation，rr anderson，ja parrish，science，vol.220，issue 4596，pp.524-527，1983)。
[0085]
具体地说，脉冲宽度与脉冲间隔的调整是考虑脉冲间隔间的向周围的热传导来进行的。周围的热传导的状态，根据热传导率与发热部分的形状来决定。为了简略地讨论不稳定热传导问题，定义并使用特性热传导时间(热松弛常量)。为了进行selective photothermolysis，脉冲宽度设定得相比于特性热传导时间，足够短，此外脉冲间隔设定得相比于特性热传导时间，足够长(文献2)。
[0086]
selective photothermolysis不是将发热对比度提供为光吸收大的生物体组织部位和其周围的光吸收小的生物体组织的吸收比(即，基于激光照射的发热比)以上，而是吸收比提供发热比的上限。与此相对，在长时间照射了连续激光的情况下，由于通过热传导而变成均匀的加热，故无法实现局部选择性的加热。
[0087]
胶原分子的热变性有不可逆热变性和可逆的热变性。不可逆热变性使胶原分子的凝固产生，被利用于癌的治疗、视网膜凝固、止血等。另外，胶原分子的可逆热变性被利用于血管、小肠、皮肤等的消融。
[0088]
胶原分子形成三维性的螺旋结构链，但将其连结在一起的氢键随着温度上升而切
断，如果过加热就会分散并收缩。该状态即为不可逆热变性。在为键合的切断比例少的变性的情况下，会恢复为原来的构造，将该短暂的热变性称为可逆热变性。以所包含的氨基酸的种类与形状，胶原分子被分类为数十种，生物体组织中的存在场所不同。在本实施方式中主要指的是，皮肤、皮肤缺损修复、骨头等的主成分即i型以及iii型的胶原。胶原分子根据动物种，其物性也会不同，关于热特性，根据生物生活的环境而不同(参照文献4，on a relationship between the arrhenius parameters from thermal damage studies，neil t.wright，journal of biomechanical engineering，vol.125，no.2，pp.300-304，2003)。在本实施方式中主要指的是，将在地上生活的人类包括在内的哺乳类的胶原分子的热特性。
[0089]
胶原分子的热变性是一种化学反应过程，根据描述化学反应的以下的阿伦尼乌斯理论(式(1)，阿伦尼乌斯方程)来说明(参照文献5，finite element analysis of temperature controlled coagulation in laser irradiated tissue，t.n.glenn，s.rastegar，s.l.jacques，ieee transactions on biomedical engineering，vol.43，no.1，pp79-87，jan.1996，eq(3))。
[0090]
[数1]
[0091][0092]
在此，ω，蓄积热变质量，a，频率因子[1/s]，δt，加热时间[s]，ea，活化能[j/mol]，r，气体常量[j/mol
·
k]t，温度[k]。蓄积热变性量是变性的目标，通常为1左右，判断为热变性。
[0093]
根据式(1)，如果加热温度恒定，那么蓄积热变性量与时间成比例。此外，指数函数的幂为负的数，频率因子以及蓄积热变性量是根据物质来决定的常量，因此温度越高，则指数函数的值就越大。因此，热变性取决于加热温度以及其保持时间。
[0094]
作为一般不使用基于阿伦尼乌斯理论的蓄积热变性量的理由，可列举蓄积热变性量为变性量的目标，并不提供严格的阈值。进而，上述理论中的频率因子、活化能根据物质(蛋白质)而不同。这样，阿伦尼乌斯理论能够为生物体蛋白凝固提供理论支持，反之严格的阿伦尼乌斯理论在广泛的讨论中没有实用上的意义。由此，一般而言利用作为目标的热变性温度进行判断(参照文献6；photophysical processes in recent medical laser developments，a review，jean-luc boulnois，lasers in medical science，january 1986，volume 1，issue 1，pp.47-66)。
[0095]
实际的生物体治疗中的一个部位的热施加时间，特别是在手术用治疗设备中，由于使局部的作用，故为短时间，例如不会超过1秒。即便在作为生物体热损伤的代表例的烧伤中，也不会根据生物体反射反应而持续加热，典型的是50ms左右。这样，在治疗中加热时间被限定，结果，能大致决定提供足够的蓄积热变性量的温度。
[0096]
如上，获得生物体组织的不可逆热变性所需的温度或加热时间，严格来说难以得到，在实用性方面使用进行不可逆热变性的温度的目标值(参照文献6)。在本实施方式中，将一般使用的进行不可逆热变性的温度的目标值用作为阈值温度。若超过热变质阈值温度，则蛋白质发生热变质，若超过可逆热变质阈值温度，则蛋白质发生可逆热变质。
[0097]
成纤维细胞为生成胶原分子的细胞，因此成纤维细胞的温度即水的温度优选为成纤维细胞不会受到妨碍的温度、即不会进行热变性的温度。另外，关于成纤维细胞，表明通过加热为不会受到妨碍的程度且进行可逆热变性，从而激活活动。
[0098]
另外，对于成纤维细胞，若细胞内的蛋白质引起不可逆变性，则生命活动停止而坏死(热损伤或者不可逆热损伤)。与此相对，在产生了蛋白质的可逆热变质或者非常细微的、局部性的蛋白质的不可逆热变性的情况下，通过维持体内平衡，也会产生成纤维细胞的修复结果(激活)(可逆热损伤)。此外，对于成纤维细胞，也有时细胞质经由因周围的磷脂双分子层的热损伤而打开的毛孔(孔)溢出细胞外，或者周围体液经由细胞膜而流入细胞内并肿胀，细胞破裂，由此引发坏死。在热凝治疗中，虽然会形成细胞膜的毛孔或产生蛋白质的热变性，但关于其阈值议论纷纷。一般的造型大多都会使用蛋白质的热变性。
[0099]
此外，选择性的加热，能够在生物体组织的表面中产生热蒸发的条件下执行。生物体组织的热蒸发在生物体组织的水分的温度局部地达到100℃而沸腾起来的瞬间产生。若液相的水变成水蒸气，则体积膨胀到1000倍程度，细胞膜被撕下，组织消失。能够设定连续地供给通过沸腾而被夺取的潜热的条件，以使得上述现象连续地发生(参照文献2)。
[0100]
此外，在获得1个脉冲带来的效果的情况下，激光的波长以及脉冲照射期间ton被设定为，成纤维细胞不会发生热损伤或者发生可逆热损伤。此外，在获得多个脉冲带来的效果的情况下，激光的波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，成纤维细胞不会发生热损伤或者发生可逆热损伤。
[0101]
在本实施方式中，脉冲照射期间ton越长，则胶原纤维以及水(成纤维细胞)的温度就越升高，脉冲非照射期间toff越长，则胶原纤维以及水(成纤维细胞)的温度就越降低。另外，脉冲非照射期间toff的结束后的胶原纤维的温度相对于脉冲照射期间ton开始时的胶原纤维的温度之差，以及脉冲非照射期间toff的结束后的水(成纤维细胞)的温度相对于脉冲照射期间ton开始时的水(成纤维细胞)的温度之差，能够根据波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff进行调整。此外，脉冲照射期间ton的重复次数(以下，也单称为重复次数)，能够基于这些温度差设定。例如，在脉冲照射期间ton以及脉冲非照射期间toff每一组各温度都上升的状况中，温度差越大，则各温度达到给定温度为止的重复次数就越减少，温度差越小，在各温度达到给定温度为止的重复次数就越增多。此外，能够将环境气温、体温这样的环境条件也加上，设定激光的波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及重复次数。另外，脉冲照射期间ton以及脉冲非照射期间toff的长度没有必要设定为对多个脉冲照射来说是相同的(恒定值)，也可以在接近了给定温度之际进行切换，或者按每个脉冲进行变更。
[0102]
另外，在图1所示的脉冲照射装置1中，也可以将光纤30以及光学头20置换为空间光学系统。该情况下，空间光学系统能具有透镜或平面镜等。此外，空间光学系统也可以包括电流扫描仪。能利用电流扫描仪向皮肤s的所希望的部位照射激光。进而，也可以在脉冲照射装置1的光学头20的光输出侧设置包括电流扫描仪的空间光学系统。
[0103]
此外，例如若用空间光学系统中的电流扫描仪高速地扫描激光，则针对皮肤s的某一点，激光仅照射与扫描速度相应的期间。该情况下，即便脉冲激光装置10出射的激光为连续波，也能够对皮肤s脉冲地照射激光。例如，也可以使基于扫描的激光的轨迹呈环状。由此，针对皮肤s的连续的点重复脉冲地照射激光，即便激光为连续波，也能够进行针对皮肤s
的时间性的热输入控制。
[0104]
另外，也可以在脉冲照射装置1进一步追加用来控制激光的光束轮廓的控制机构。作为上述那样的控制机构，公知具有特殊的光纤，生成单峰型轮廓的光束和环型轮廓的光束被组合起来的光束的机构。此外，作为其他控制机构，公知具有slm(spatial light modulator)的机构。slm，例如是空间相位调制元件，由一维地或二维地排列的多个微小光操作元件即相位调制元件的像素构成，通过对该各像素的相位电气地进行控制，从而控制所输入的激光的光束轮廓。
[0105]
此外，作为别的控制机构，公知具有doe(diffractive optical element)的机构。doe是将周期不同的多个衍射光栅一体构成的衍射光学元件。doe能够将所输入的激光向受到各衍射光栅的影响的方向弯曲或重叠，并成型为光束形状。例如，doe能够将所输入的单峰型的光束成型为线状的光束或环状的光束。
[0106]
此外，脉冲照射装置1具备一个脉冲激光装置10，也可以具备多个脉冲激光装置10。在具备多个脉冲激光装置10的情况下，所出射的激光的波长既可以全部相同，也可以至少一部分相互不同。
[0107]
另外，脉冲照射装置1也可以除了出射近红外的激光的脉冲激光装置10之外，还具备出射可见光区域的激光的参照用激光装置。参照用激光装置构成为，出射可见光区域的参照用激光(连续波或者脉冲)，并向与被来自脉冲激光装置10的激光照射的皮肤s上的位置相同的位置照射。由于参照用激光可视觉辨认，故被来自脉冲激光装置10的激光照射的皮肤s上的位置的确认变得容易起来。
[0108]
此外，传感器50也可以是红外线温度计、热成像仪、彩色传感器、图像传感器、声学传感器、功率计等。此外，脉冲照射装置1也可以具备包括传感器50和频谱分析仪之类的测量器的传感器系统。此外，例如，控制装置40也可以构成为通过计算机程序来执行，该计算机程序能够使用预先通过机器学习等生成的学习完毕模型进行运算处理。该情况下，控制装置40也可以使用学习完毕模型对传感器50所取得的数据进行运算处理，对皮肤s所包含的胶原纤维的热变性状态进行判断。
[0109]
如以上所说明过的那样，在本实施方式中，激光(光)的波长被设定为，对皮肤s(生物体组织)照射了激光的情况下的皮肤s内的胶原纤维的升温幅度要比被包含于皮肤内且包括胶原纤维的周围所存在的成纤维细胞(细胞)的水的升温幅度大的范围。
[0110]
根据本实施方式，在脉冲照射期间ton中，使胶原纤维的温度上升比水的温度上升大，能够更高效地将胶原纤维加热。由此，根据上述那样的方法，例如能够获得基于胶原纤维的凝固的更高效的治疗效果。
[0111]
另外，在本实施方式中，例如，细胞为成纤维细胞。
[0112]
本实施方式的方法在细胞为成纤维细胞的情况下是有效的。
[0113]
此外，在本实施方式中，例如交替地重复对皮肤s照射光的脉冲的脉冲照射期间ton和对皮肤s不照射光的脉冲的脉冲非照射期间toff。
[0114]
由此，在脉冲非照射期间toff中，能够抑制水所包含的成纤维细胞的温度上升，进而抑制该成纤维细胞的损伤。
[0115]
此外，在本实施方式中，例如，脉冲非照射期间toff(非照射期间)被设定为，脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度为第一温度(给定温度)以下。
[0116]
由此，能够抑制成纤维细胞的温度上升，进而更可靠地抑制成纤维细胞的损伤。
[0117]
此外，在本实施方式的脉冲照射方法中，例如，脉冲非照射期间toff被设定为，脉冲非照射期间toff的结束时的水的温度和脉冲照射期间ton开始时的所述水的温度大致相同。
[0118]
由此，能够抑制成纤维细胞的温度上升，进而更可靠地抑制成纤维细胞的损伤。
[0119]
此外，在本实施方式中，脉冲非照射期间toff被设定为，该脉冲非照射期间toff的结束时的胶原纤维的温度比该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton开始时的胶原纤维的温度高。
[0120]
由此，通过重复脉冲的照射，从而能够更迅速地提高胶原纤维的温度。
[0121]
另外，在本实施方式中，基于热松弛时间设定脉冲非照射期间toff，所述热松弛时间是自该脉冲非照射期间toff之前的脉冲照射期间ton的结束时起，到胶原纤维的温度下降至在脉冲照射期间ton开始时的温度加上将该脉冲照射期间ton期间中的胶原纤维的升温幅度除以自然对数的底所得的温度范围后的温度为止的时间。
[0122]
由此，能够根据胶原纤维的热松弛时间更适当地设定脉冲非照射期间toff。
[0123]
此外，在本实施方式中，脉冲非照射期间toff被设定为胶原纤维的热松弛时间以上。
[0124]
由此，能够抑制成纤维细胞的温度上升，进而更可靠地抑制成纤维细胞的损伤。
[0125]
此外，在本实施方式中，脉冲非照射期间toff为80[ms]以上且210[ms]以下。
[0126]
根据图5、6可明确知晓，根据上述那样的结构，能够与获得良好的温度上升比的光的波长以及脉冲照射期间ton对应，设定能使水的温度降低的脉冲非照射期间toff。
[0127]
此外，在本实施方式中，脉冲照射期间ton被设定为，该脉冲照射期间ton的结束时的水的温度为第二温度(给定温度)以下。
[0128]
由此，能够抑制成纤维细胞的温度上升，进而更可靠地抑制成纤维细胞的损伤。
[0129]
另外，在本实施方式中，第二温度为胶原纤维内的胶原分子进行热变性的热变性阈值温度。
[0130]
由此，能够使胶原分子发生热变质。
[0131]
此外，在本实施方式中，第二温度为胶原纤维内的胶原分子进行可逆热变性的可逆热变性阈值温度。
[0132]
由此，能够使胶原分子发生可逆热变质。
[0133]
此外，在本实施方式中，波长以及脉冲照射期间ton被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且成纤维细胞未产生热损伤。
[0134]
由此，能够使胶原分子发生热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0135]
此外，在本实施方式中，波长以及脉冲照射期间ton被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且成纤维细胞产生可逆热损伤。
[0136]
由此，能够使胶原分子发生热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0137]
此外，在本实施方式中，波长以及脉冲照射期间ton被设定为，胶原纤维内的胶原分子产生不可逆热变性，并且成纤维细胞未产生热损伤。
[0138]
由此，能够使胶原分子发生不可逆热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0139]
另外，在本实施方式中，波长以及脉冲照射期间ton被设定为，胶原纤维内的胶原
分子进行不可逆热变性，并且成纤维细胞进行可逆热变性。
[0140]
由此，能够使胶原分子发生不可逆热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0141]
此外，在本实施方式中，波长以及脉冲照射期间ton被设定为，在皮肤s的表面产生热蒸发。
[0142]
由此，因为能够将浅组织部分除去，所以能够进行深组织部分处的凝固治疗。
[0143]
另外，在本实施方式中，波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且成纤维细胞未产生热损伤。
[0144]
由此，能够使胶原分子发生热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0145]
此外，在本实施方式中，波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行热变性，并且成纤维细胞产生可逆热损伤。
[0146]
由此，能够使胶原分子发生热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0147]
此外，在本实施方式中，波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行可逆热变性，并且成纤维细胞未产生热损伤。
[0148]
由此，能够使胶原分子发生不可逆热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0149]
此外，在本实施方式中，波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，胶原纤维内的胶原分子进行可逆热变性，并且成纤维细胞产生可逆热损伤。
[0150]
由此，能够使胶原分子产生不可逆热变质，同时抑制成纤维细胞的热损伤。
[0151]
此外，在本实施方式中，波长、脉冲照射期间ton、脉冲非照射期间toff以及脉冲照射期间ton的重复次数被设定为，在皮肤s的表面产生热蒸发。
[0152]
由此，因为能够将浅组织部分除去，所以能够进行深组织部分处的凝固治疗。
[0153]
另外，在本实施方式中，对皮肤s照射了光的情况下的、所述胶原纤维的升温幅度相对于水的升温幅度之比为1.1以上。
[0154]
根据图5可明确知晓，根据上述那样的结构，能获得更高的温度上升比。即，能够更高效地将胶原纤维选择性地加热。
[0155]
此外，在本实施方式中，在由传感器50(检测部)检测到胶原纤维的给定的变性状态的时间点，结束脉冲的照射。
[0156]
由此，获得以下优点，能抑制光的过度的照射，能够节省光的无用的照射。
[0157]
另外，在本实施方式中，在脉冲照射期间ton中，间歇性地照射多个光的脉冲。
[0158]
由此，能够获得与在脉冲照射期间ton中连续性地照射激光时同样的效果。
[0159]
另外，在本实施方式中，激光的波长被设定为，胶原纤维的吸收系数比水的吸收系数大的波长。
[0160]
由此，在脉冲照射期间ton中，能够抑制成纤维细胞的温度上升、同时更高效地提高胶原纤维的温度。
[0161]
此外，在本实施方式中，光的波长被设定为比1480[nm]长的值。
[0162]
由此，在脉冲照射期间ton中，能够抑制成纤维细胞的温度上升、同时更高效地提
高胶原纤维的温度。
[0163]
此外，在本实施方式中，光的波长被设定为1600[nm]以下。
[0164]
由此，在脉冲照射期间ton中，能够抑制成纤维细胞的温度上升、同时更高效地提高胶原纤维的温度。
[0165]
以上，虽然例示了本发明的实施方式以及变形例，但上述实施方式以及变形例仅为一例，并未打算对发明的范围加以限定。上述实施方式以及变形例能够以其他各种各样的方式来实施，在未脱离发明主旨的范围内，能够进行各种各样的省略、置换、组合、变更。此外，各结构、形状等的规格(构造、种类、方向、型号、大小、长度、宽度、厚度、高度、数量、配置、位置、材质等)，能够适当地变更后实施。
[0166]
例如，生物体组织未被限定于皮肤，例如也可以是消化管道、软骨、骨之类的包含胶原纤维的生物体组织。此外，细胞也可以是成纤维细胞以外的细胞。
[0167]
另外，也可以根据水或者胶原纤维的温度设定脉冲照射次数。
[0168]
此外，在将波长设定得比1600[nm]长的情况下，由于吸收系数比较小，故光学深度比较长，因此对于生物体组织的更深的部位来说能够获得同样的作用效果。
[0169]
产业上的可利用性
[0170]
本发明能够利用于脉冲照射方法以及脉冲照射装置中。
[0171]-符号说明-[0172]
1...脉冲照射装置
[0173]
10...脉冲激光装置
[0174]
20...光学头
[0175]
30...光纤
[0176]
40...控制装置
[0177]
50...传感器(检测部)
[0178]
s...皮肤
[0179]
s1...生物体水
[0180]
s2...胶原纤维束
[0181]
s3...成纤维细胞
[0182]
toff...脉冲非照射期间
[0183]
ton...脉冲照射期间。