DE69509191T2

DE69509191T2 - Verfahren zur schälung der hautoberfläche mittels laser

Info

Publication number: DE69509191T2
Application number: DE69509191T
Authority: DE
Inventors: Allen M. Hunter; Kenneth Y. Tang; Nikolai I. Tankovich
Original assignee: Thermolase Corp
Current assignee: Thermolase Corp
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2015-06-06
Also published as: CO4410207A1; JP2749721B2; AU2696695A; EP0925807A1; EP0712322A4; GR960300033T1; IL114014A; DK0712322T3; BR9507959A; ATE179087T1; NO965261D0; AU693214B2; EP0712322B1; PH30724A; CA2160666C; EP0712322A1; US5423803A; NZ288058A; NO965261L; ZA954601B

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Entfernung der Oberflächenschicht der menschlichen Haut und insbesondere solche Verfahren, die Laser anwenden.[0001]

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Epidermis der menschlichen Haut umfaßt mehrere klar unterscheidbare Hautgewebeschichten. Diese Gewebeschichten sind in Blockdiagrammform in Fig. 1 gezeigt. Die tiefste Schicht ist die Stratum basale-Schicht, die aus säulenartigen Zellen besteht. Die nächste Schicht ist die aus polyedrischen Zellen zusammengesetzte stratum spinosum.[0002]
Von der stratum spinosum nach oben gedrückte Zellen sind abgeflacht bzw. plattgedrückt und synthetisieren Keratohyalin-Körnchen unter Bildung der Stratum granulosum- Schicht. Während sich diese Zellen nach außen bewegen, verlieren sie ihre Nuklei, und die Keratohyalin-Körnchen verschmelzen und vermischen sich mit den Tonofibrillen. Dadurch wird eine klare Schicht gebildet, die als stratum lucidum bezeichnet wird. Die Zellen der stratum lucidum sind dicht gepackt.[0003]
Während sich diese Zellen von der stratum lucidum nach oben bewegen, werden sie zu zahlreichen Schichten aus opaken Schuppen bzw. Squamas zusammengedrückt. Diese Zellen sind alle flachgedrückte Überreste von Zellen, die völlig mit Keratin angefüllt wurden und die gesamte sonstige Innenstruktur, einschließlich die Nuklei, verloren haben. Diese Schuppen bilden die Außenschicht der Epidermis, die stratum corneum. Im unteren Teil der stratum corneum sind die Zellen dicht gepackt und haften fest aneinander, doch weiter oben in dem Stratum werden sie locker gepackt und blättern schließlich an der Oberfläche ab. Zum Beispiel besteht in der Wangenhaut eines 50 Jahre alten Gesichts die Außenschicht des corneum stratum typischerweise aus etwa 15 Schichten, und die Schichten blättern mit einer Rate von etwa ein oder zwei Schichten pro Monat ab. Somit erhalten wir auf natürliche Weise eine völlig neue stratum corneum etwa zweimal pro Jahr.[0004]
Es ist wohlbekannt, daß die Entfernung einiger Oberflächenschichten von der menschlichen Haut allgemein zu einer jünger aussehenden Haut führt. Es wurden zahlreiche Techniken ausprobiert, um diese Wirkung zu erzielen. Ein leichter Sonnenbrand führt zu leichter Blasenbildung der Haut, worauf sich die Außenschicht der Haut abschält. Dies hinterläßt allgemein eine jünger aussehende Hautoberfläche. Ähnliche Resultate können durch Abschabungsver fahren, wie das tatsächliche Abschaben der Oberflächenschicht mit einem Abrasions- bzw. Schleifmaterial, wie feinem Sandpapier, erhalten werden.[0005]
Die WO-A-9308715 beschreibt ein Verfahren zur Haarentfernung, umfassend das Auftragen auf die Haut einer Fremdsubstanz mit einer hohen Absorption von Licht eines Frequenzbereichs und das Bestrahlen der Haut mit dem Licht, um die Haare auf dieser Haut zu beschädigen. In dieser Druckschrift sind die Fremdsubstanzen und Lichtquellen, z. B. Laser, derart beschaffen, daß die Lichtenergie in Wärme umgewandelt wird, die sich von der Fremdsubstanz zu den umgebenden Geweben verteilt.[0006]
Neulich wurden Versuche zur Anwendung von Laserstrahlen unternommen, um die Oberflächenschicht der Haut zu "kochen". Dieses Kochen verursacht eine Blasenbildung bei der Haut, worauf die Oberflächenschichten abgeschabt werden können. Auch experimentierten Personen mit Lasern, die die Außenfläche verdampfen. Diese Verfahren des Stands der Technik liefern einige nützliche Resultate, bringen aber auch potentielle Risiken für den Patienten mit sich. Der leichte Sonnenbrand bedeutet das Risiko einer damit verbundenen Langzeitschädigung der Haut. Abrasionsverfahren führen häufig zu Bluten und Schmerzen und manchmal einer Infektion, Verschorfung und leichter Narbenbildung. Laserbehandlungen können zu Schmerzen und unerwünschten Verbrennungen führen, und wenn sie nicht richtig angewandt werden, können sie zu Bluten und Narbenbildung führen.[0007]

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Entfernung von oberflächlichen epidermischen Hautzellen in der menschlichen Haut bereit. Eine Fremdsubstanz mit einer hohen Absorption von Licht bei zumindest einer Wellenlänge wird topisch auf die Oberfläche der Haut aufgetragen. Ein Teil der Fremdsubstanz wird zum Eindringen in die Freiräume zwischen den oberflächlichen epidermischen Hautzellen gezwungen. Der Hautbereich wird mit kurzen Pulsen bei der obenstehenden Wellenlänge vorzugsweise durch einen Laser bestrahlt, wobei zumindest einer der Pulse eine genügende Energiedichte besitzt, um einige der Partikel zum Explodieren zu bringen und dadurch die oberflächlichen epidermischen Hautzellen mitgerissen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwenden wir 1 Mikrometer große Graphitpartikel und einen Nd : YAG- Laser. Die Erfindung stellt ein Verfahren für die kosmetische Entfernung von oberflächlichen epidermischen Hautzellen des corneum stratum in der menschlichen Haut bereit, umfassend die Schritte:[0008]
a. Topische Auftragung auf einen Hautbereich einer Fremdsubstanz mit einer hohen Absorption von Licht zumindest eines Frequenzbereichs, welcher in die äußeren Schichten der menschlichen Epidermis eindringt;
b. Erzwingen des Eindringens von einem Teil der Fremdsubstanz, um den Freiraum zwischen den oberflächlichen epidermischen Hautzellen zu füllen;
c. Bestrahlen des Hautbereichs mit Lichtpulsen zumindest eines Frequenzbereichs, wobei mindestens einer der Pulse eine genügende Energiedichte aufweist, um mindestens einen Teil der Fremdsubstanz zum Explodieren zu bringen und eine für die Diffusion der Hitze ungenügende Dauer aufweist, so daß der Teil der Fremdsubstanz explodiert und dadurch einige der oberflächlichen epidermischen Hautzellen mitreißt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0009] Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

ERSTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM - Nd : YAG

Außenschichten der Epidermis

[0010] Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 10 beschrieben werden. Die Fig. 2 zeigt einen typischen Querschnitt eines Bereichs des äußeren Teils (die obersten drei Schichten bzw. Strata) der menschlichen Epidermis wie denjenigen in der Haut einer Wange einer 50 Jahre alten weiblichen Person. Gezeigt wird eine Darstellung einer 15 Zellen dicken stratum corneum 1 und einer 3 Zellen dicken stratum lucidum 2, sowie einer 3 Zellen dicken stratum granulosum. Die gezeigte Gesamtdicke ist etwa 100 Mikrometer (0,10 mm).
[0011] Einzelne Zellen des stratum corneum weisen Abmessungen von etwa 10 bis 15 Mikrometer Länge, etwa 5 Mikrometer Breite und bis zu 2 Mikrometer Dicke auf. Die Zellen der oberen Schichten werden ganz locker zusammengehalten. Freiräume zwischen den Zellen reichen von einem Abstand null bis zu etwa 1 oder 2 Mikrometer.

Auftragung einer Kohlenstofflösung

[0012] Der erste Schritt dieser bevorzugten Ausführungsform ist die topische Auftragung einer Schicht aus Kohlenstoffiösung auf die Hautoberfläche, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Lösung besteht aus 1-Mikrometer-Graphitpulver in Babyöl. Das Graphit-Öl-Verhältnis ist 20 Prozent Graphit, suspendiert in 80 Prozent Öl, auf Gewichtsbasis. Der nächste Schritt in Fig. 4 ist das Drücken einiger Kohlenstoflfpartikel nach unten unter die Oberfläche des stratum corneum. Wir führen dies bevorzugt mit einer Ultraschallvorrichtung, die mit 0,2 Watt pro cm² und 10 MHz betrieben wird, durch.
[0013] Wir verwenden einen Hewlett Packard-Pulsgeneratur, Modell 3325A, und einen Parametrics-Transducer, Modell A5525. Wir stellten fest, daß ungefähr 5 Minuten Ultaschallbehandlungen bei dieser Frequenz eine beträchtliche Menge an Kohlenstoffkartikeln durch mehrere Schichten des stratum corneum hindurch treiben. Das Ergebnis der Ultraschallbehandlung ist in Fig. 5 gezeigt. Diese Verteilung der Kohlenstoffpartikel wurde auf Schweinshaut demonstriert. Die mikroskopische Untersuchung der Biopsieproben von Schweinshaut zeigen die in Fig. 5 dargestellte Verteilung. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden zwei Schichten von Graphitpartikeln auf der Oberfläche zurückgelassen, und ein Teil der Partikel 6 wird unterhalb der Oberfläche verteilt.

Pulsbestrahlung

[0014] Der nächste Schritt ist die Bestrahlung der Hautoberfläche mit Nd : YAG- Laserpulsen von etwa 3 J/cm² bei einer Wellenlänge von 1,06 um. Die Pulsfrequenz ist etwa 5 Hz, doch wir scannen den Strahl, so daß jede Stelle den Pulsen mit einer Frequenz von etwa 1 Hz unterworfen wird. Graphit absorbiert Laserenergie bei einer Wellenlänge von 1,06 um sehr stark. Die latente Verdampfungswärme beträgt etwa 104 J/cm³ für kalten festen Graphit. Somit würde die Verdampfung eines 1 Mikrometer großen Würfels (10&supmin;¹² cm³) ungefähr 10&supmin;&sup8; J erfordern. Die auf die Oberfläche treffende Energie des 1 Mikrometer großen Partikels (1 · 10&supmin;&sup8; cm²) bei einem 3 J/cm²-Puls ist 3 · 10&supmin;&sup8; J, etwa das Dreifache der zur Verdampfung des Partikels benötigten Energie. Die Energie wird innerhalb von ein paar Nanosekunden abgegeben, so daß keine Zeit für die Diffusion der Wärme vorhanden ist, so daß dieses heftig explodiert bei der Bestrahlung durch den Puls. Die Wirkung eines Pulses ist die Verdampfung eines Teils des Graphits (besonders kleinerer Teilchen) und das Zerbrechen größerer Graphitpartikel zu kleineren Partikeln, welche mit hoher Energie auseinanderfliegen (nachfolgende Pulse verdampfen die kleineren, durch die vorhergehenden Pulse erzeugten Partikel.)
[0015] Auf diese Weise wird als eine Folge des ersten Pulses 7 die erste Schicht der Graphitpartikel wie bei 8 in Fig. 6 gezeigt zum Explodieren gebracht. Die zweite Schicht und die Hautoberfläche wird wirksam von dem ersten Puls 7 durch die erste Schicht abgeschirmt. Einige der Kohlenstoffpartikel über der Haut wurden in die Haut getrieben als Folge der von der Explosion der Partikel in der ersten Schicht resultierenden Schockwellen. Der eine Sekunde später kommende zweite Puls 9 verdampft die zweite Schicht, wie bei 10 in Fig. 7 gezeigt. Wie zuvor werden weitere Partikel in die Haut getrieben. Die Haut wird ziemlich wirksam von dem Puls 9 durch die zweite Schicht abgeschirmt. Doch der dritte Puls 11 tritt mit der Haut und den Kohlenstoffpartikeln unter der Haut in Wechselwirkung. Die Laserenergie bei einer Wellenlänge von 1,06 besitzt eine Extinktionslänge in der menschlichen Haut von mehreren cm, so daß sehr wenig von der Energie des Pulses in dem Hautgewebe absorbiert wird, jedoch in den Graphitpartikeln unter der Oberfläche und bei Absorption der Energie von dem dritten Puls 11, wie in Fig. 8 gezeigt, stark absorbiert wird, wobei die Partikel die toten Zellen der stratum corneum mitreißen, die über den explodierenden Zellen wie in Fig. 8 gezeigt lagen. Einige Partikel können von dem Puls 11 abgeschirmt werden, doch stellen drei oder vier zusätzliche Pulse 13 sicher, daß im wesentlichen alle Graphitpartikel wie in Fig. 9 gezeigt zum Explodieren gebracht werden.
[0016] Die Fig. 10 zeigt einen Querschnitt der Hautoberfläche nach der Laserbestrahlung. Diese Zeichnung basiert auf Schweinshautbiopsie-Resultaten der wie obenstehend beschrieben behandelten Haut. Die Haut wird leicht mit einem alkoholgetränkten Tuch abgewaschen und trocknen gelassen, was zu der in Fig. 11 gezeigten Oberfläche führt. Die in Fig. 11 gezeigte Darstellung kann mit derjenigen von Fig. 2 verglichen werden. Wir sehen, daß etwa drei Schichten der toten Zellen in dem stratum corneum entfernt wurden. Es gibt keine Schmerzen, keine Wärmegefühl und keine signifikante Verletzung des Hautgewebes.
[0017] Die Nd : YAG-Laserenergie, die in dem Kohlenstoff nicht absorbiert wurde, wird ohne Schaden anzurichten in der Haut und dem Gewebe unterhalb der Haut zerstreut. Es ist bevorzugt, einen leicht divergierenden Strahl vorzusehen, um sicherzustellen, daß sich dieser verteilt, nachdem er auf die Haut aufgetroffen ist. Bei unserer bevorzugten Ausführungsform ist die Punktgröße an der Oberfläche 0,5 cm (Durchmesser) und verteilt sich mit 10 Grad.

ZWEITE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM (MIT BEGRENZUNG)

[0018] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist dieselbe wie die erste bevorzugte Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß, nachdem die Kohlenstoff-Öl-Suspension auf die Hautoberfläche gegeben wurde, eine dünnes flaches Stück Glas (wie ein Mikroskopglas) fest über der Suspension angelegt wird, um die kleine Explosion zu begrenzen, und mehrere Pulse (vorzugsweise etwa 1 oder 2) des Laserstrahls werden durch das Glas auf jeden Bereich der Suspension angewandt. Auch verwenden wir nicht die Ultraschallvorrichtung. Die Wirkung soll die Oberflächenverunreinigung der oberen Schichten der Epidermis mit kleinen Graphitpartikeln beträchtlich verstärken. Die Wirkung ist in den Fig. 12 und 13 gezeigt. Ein oder zwei Pulse sind genügend, um eine beträchtliche Verunreinigung unter der Oberfläche mit kleinen Kohlenstoffpartikeln herbeizuführen. Nach dieser Anwendung wird das Glas entfernt, und das Verfahren wie obenstehend für die erste Ausführungsform erläutert wird fortgesetzt, bis im wesentlichen der gesamte Graphit verdampft wurde. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte eine Kunststoffplatte für den einmaligen Gebrauch, die für den Laser durchlässig ist, an Stelle der Glasplatte verwendet werden. Die Kunststoffplatte für den einmaligen Gebrauch könnte zu einem Teil eines angelenkten Arms des Lasers oder einem. Teil eines an dem angelenkten Arm befestigten Handstücks gemacht werden.
DRITTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM - CO&sub2;
[0019] Eine dritte bevorzugte Ausführungsform verwendet einen CO&sub2;-Pulslaser. Bevorzugte Betriebsparameter sind: Wellenlänge: 10,6 Mikrometer, Energiedichte pro Puls: 2,5 Joule/cm², Pulsdurchmesser: 1 cm, Pulsdauer: 50 ns. Laserstrahlen von 10,6 Mikrometer besitzen eine Extinktionslänge in der Haut von etwa 40 Mikrometer, da die Pulsenergie in Wasser stark absorbiert wird. Diese wird in Kohlenstoff viel stärker absorbiert. Wir schätzen eine Extinktionslänge von 1 bis 2 Mikrometer.
[0020] Das Verfahren ist dem obenstehend beschriebenen sehr ähnlich. Graphit wird wie obenstehend unter Anwendung des Ultraschalls aufgetragen, um einen Teil des Kohlenstoffs unter die Oberfläche zu drücken. Die Laserpulse werden wie obenstehend angewandt, und die ersten Pulse liefern ähnliche Resultate, wobei die zwei Schichten von Kohlenstoff gesäubert werden. Der dritte Puls verdampft neben einer Verdampfung von Kohlenstoff unter der Hautoberfläche eine dünne Gewebeoberfläche. Damit erhalten wir die kombinierte Wirkung aus (1) der mechanischen Entfernung von Geweben aufgrund der Explosion von Partikeln unter der Oberfläche und (2) der Verdampfung einer Oberflächenschicht von Gewebe der Epidermis einer Dicke von etwa 2-3 Mikrometer.

VIERTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM - FLÜSSIGE FREMDSUBSTANZ

[0021] Stellen Sie eine Lösung aus warmem Wasser, gefärbt mit schwarzer Lebensmittelfarbe mit einem Teil Farbe pro fünfzig Teile Wasser her. Tragen Sie diese auf die Hautoberfläche mit einer Gaze 10 Minuten lang auf. Das warme schwarzgefärbte Wasser dringt in den Freiraum in den oberen Schichten der corneum stratum ein. (Diese Freiräume sind normalerweise mit Luft gefüllt.) Entfernen sie die Gaze und bestrahlen Sie mit etwa 1 oder 2 Pulsen pro Stelle unter Verwendung eines CO&sub2;-Lasers, welcher mit Pulsen 10,6 Mikrometer und einer Dauer von 50 Nanosekunden bei einer Energiedichte von 2 Joule pro cm² betrieben wird. Diese kurzen Pulse geben genügend Energie gezielt auf die gefärbte Wasserlösung ab, um unmittelbar das die obersten Zellen des corneum stratum mitreißende Wasser zu verdampfen.
[0022] Eine Alternative zu dieser Ausführungsform ist die Zusetzung von Indocyaningrün zu dem warmem Wasser an Stelle der schwarzen Lebensmittelfarbe. Indocyaningrün absorbiert Infrarotlicht wie das durch Nd : YAG-, CO&sub2;-, Alexandrit-, Ti : Saphir- und GaAs-Diodenlaser erzeugte. Da Wasser ein ausgezeichnetes Absorptionsmittel von CO&sub2;-Laserenergie ist, könnten zahlreiche Lotionen auf Wasserbasis mit dem CO&sub2;-Laser verwendet werden.

ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0023] Personen mit Erfahrung auf dem Gebiet der Lasermedizin werden erkennen, daß zahlreiche andere Laser-Fremdsubstanz-Kombinationen angewandt werden könnten, um die Erfindung in die Praxis umzusetzen. Die wichtigen Attribute der Kombinationen sind:
1) Die Fremdsubstanz muß Energie bei der Wellenlänge des Laserstrahls in hohem Maße absorbieren können.
2) Der Laserstrahl muß ein gepulster Strahl mit sehr kurzen Pulsen sein (Pulsdauer von weniger als 1 Mikrosekunde).
3) Die Fremdsubstanz muß in die oberen Schichten der Epidermis zum Eindringen gebracht werden können.
4. Die Fremdsubstanz muß mit genügend Energie explodieren, um Epidermiszellen nach Absorption der Laserenergie mitzureißen.
[0024] Anmelder testeten Acryl-Tättowierungstinten, die von der FDA für den Gebrauch für Tättowierungen genehmigt wurden. Schwarze und blaue Tättowierungstinten, die von Spaulding und Rogers vertrieben werden, scheinen mit einem Nd : YAG-Laser, welcher bei 1 Hz, 1,06 Mikrometer mit einer Energiedichte von etwa 3 J/cm² betrieben wird, gut zu funktionieren. Mit anderen Farben hatten wir weniger Erfolg.

Claims

1. Ein Verfahren für die kosmetische Entfernung von oberflächlichen epidermischen Hautzellen des corneum stratum in der menschlichen Haut, umfassend die Schritte:

a. Topische Auftragung auf einen Hautbereich einer Fremdsubstanz mit einer hohen Absorption von Licht zumindest eines Frequenzbereichs, welcher in die äußeren Schichten der menschlichen Epidermis eindringt,

b. Erzwingen des Eindringens von einem Teil der Fremdsubstanz, um den Freiraum zwischen den epidermischen Hautzellen zu füllen,

c. Bestrahlen des Hautbereichs mit Lichtpulsen zumindest eines Frequenzbereichs, wobei mindestens einer der Pulse eine genügende Energiedichte aufweist, um mindestens einen Teil der Fremdsubstanz zum Explodieren zu bringen und eine für die Diffusion der Hitze ungenügende Dauer aufweist, so daß der Teil der Fremdsubstanz explodiert und dadurch einige der oberflächlichen epidermischen Hautzellen mitreißt.

2. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fremdsubstanz eine große Anzahl von Kohlenstoffpartikeln aufweist, bevorzugt Graphitpartikel.

3. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine Ultraschallvorrichtung verwendet wird, um das Eindringen von einem Teil der Kohlenstoffpartikel in die Freiräume zu erzwingen.

4. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eine zwingende Explosion eines Teils der Fremdsubstanz für das Erzwingen des Eindringens von einem Teil der Fremdsubstanz in die Freiräume verwendet wird.

5. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Begrenzungsmittel, das für das Licht mindestens eines Frequenzbereichs durchsichtig ist, bevorzugt eine Glasplatte oder eine Plastikplatte, und noch bevorzugter eine Plastikplatte mit einem angelenkten Arm, während der Dauer der zwingenden Explosion mit dem Zweck der Begrenzung dieser zwingenden Explosion fest auf die topisch angewendete Fremdsubstanz angelegt wird.

6. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Graphitpartikel mit einem Öl, vorzugsweise mit Babyöl, vermischt sind.

7. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die größere Abmessung der Kohlenstoffpartikel ungefähr 1 Mikrometer ist.

8. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Pulse Pulse eines Nd : YAG-Lasers sind.

9. Ein kosmetisches Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Pulse Pulse eines CO&sub2;-Lasers sind.