ES2224151T3 - Aparato para el tratamiento terapeutico electromagnetico. - Google Patents

Abstract

UN DISPOSITIVO DE TRATAMIENTO TERAPEUTICO PARA TRATAMIENTO DE UNA REGION DE TRATAMIENTO QUE COMPRENDE UNA FUENTE LUMINOSA, IMPULSADA, INCOHERENTE OPERABLE PARA PROPORCIONAR UNA SALIDA LUMINOSA PARA TRATAMIENTO, UNA FUENTE DE ALIMENTACION CONECTADA A LA FUENTE LUMINOSA, UN ALOJAMIENTO QUE INCLUYE UN REFLECTOR Y QUE TIENE UNA APERTURA, EN DONDE LA FUENTE LUMINOSA ESTA DISPUESTA EN EL ALOJAMIENTO Y EL REFLECTOR REFLEJA LUZ DESDE LA FUENTE LUMINOSA A LA APERTURA. UNA GUIA LUMINOSA FLEXIBLE ESTA DISPUESTA ENTRE LA APERTURA Y LA REGION DE TRATAMIENTO, EN DONDE LA GUIA LUMINOSA RECIBE LA LUZ INCOHERENTE DESDE LA FUENTE LUMINOSA Y TRANSMITE LA LUZ A LA REGION DE TRATAMIENTO Y LA FUENTE LUMINOSA, EL REFLECTOR Y LA GUIA LUMINOSA COOPERAN PARA PROPORCIONAR ENTRE 6 Y 100 J/CM{SUB,2} A LA PIEL. LA GUIA LUMINOSA TRANSMITE LUZ QUE TIENE UNA DIVERGENCIA ANGULAR PREDETERMINADA, EN DONDE LA DIVERGENCIA SE SELECCIONA EN RESPUESTA A UNA PROFUNDIDAD DE TRATAMIENTO DESEADA.

Description

Aparato para el tratamiento terapéutico electromagnético.

La presente invención se refiere globalmente a la técnica del tratamiento terapéutico electromagnético y más específicamente a un procedimiento y un aparato para utilizar una fuente de luz impulsada espacialmente extendida como por ejemplo una lámpara de destellos (lámpara o tubo de destellos electrónicos) para un tratamiento de este tipo o enfocar de forma eficaz la luz de la lámpara de destellos en fibras ópticas para el tratamiento terapéutico o bien otras aplicaciones.

Esta solicitud es una parte de la continuación de una solicitud anterior pendiente de Estados Unidos número de serie 07/964,210, registrada el 20 de octubre de 1992, titulada "Procedimiento y aparato para el tratamiento terapéutico electromagnético" y que corresponde al documento EP-A-0 565 331. Este documento describe un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Es conocido en la técnica anterior utilizar radiación electromagnética en aplicaciones médicas para usos terapéuticos tales como el tratamiento de trastornos de la piel. Por ejemplo, la patente americana US nº 4,298,005 de Mutzhas describe una lámpara ultravioleta continua con aplicaciones cosméticas, fotobiológicas y fotoquímicas. Se describe un tratamiento basado en la utilización de la parte ultravioleta del espectro y su interacción fotoquímica con la piel. La potencia suministrada a la piel utilizando la lámpara de Mutzhas se describe como de 150 W/m^{2}, la cual no tiene un efecto significativo en la temperatura de la piel.

Además del tratamiento de la técnica anterior que implica la luz ultravioleta, se han utilizado láseres para procesos dermatológicos que incluyen láseres de argón, láseres de CO_{2}, láseres de Nd(Yag), láseres de vapor de cobre, láseres de rubí y láseres con colorantes. Por ejemplo, la patente americana US nº 4,829,262 de Furumoto, describe un procedimiento para construir un láser con colorante que se utiliza en aplicaciones dermatológicas. Las condiciones de la piel que puede ser tratadas mediante radiación de láser son las irregularidades exteriores de la piel, tales como diferencias locales en la pigmentación o en la estructura de la piel y trastornos vasculares que están más profundos por debajo de la piel los cuales causan una variedad de anormalidades de la piel, que incluyen manchas en vino de Oporto, telangiectasias, varices en las piernas y angiomas en forma de cereza y estelares. Los tratamientos con láser de estos trastornos de la piel incluyen generalmente el calentamiento localizado del área de tratamiento por la absorción de la radiación láser. El calentamiento de la piel cambia o corrige el trastorno de la piel y causa que desaparezca total o parcialmente las anormalidades de la piel.

Ciertos trastornos externos, tales como lesiones pigmentadas, también pueden ser tratados por calentamiento muy rápido de la piel hasta una temperatura suficientemente elevada como para evaporar parte de la piel. Los trastornos vasculares que son más profundos son tratados más típicamente mediante el calentamiento de la sangre hasta una temperatura lo suficientemente alta como por hacer que se coagule. El transtorno desaparecerá entonces finalmente. Para controlar la profundidad del tratamiento, se utiliza a menudo una fuente de radiación impulsada. La profundidad a la cual el calor penetra en el vaso sanguíneo está controlada mediante el control del ancho del impulso de la fuente de radiación. Los coeficientes de absorción y de difusión de la piel también afectan en la penetración del calor. Estos coeficientes son función de los constituyentes de la piel y de la longitud de onda de la radiación. Particularmente, el coeficiente de absorción de la luz en la epidermis y en la dermis tiende a ser una función de la longitud de onda que decrece monotónicamente y que varía lentamente. Por lo tanto, la longitud de onda de la luz se debe escoger de tal forma que el coeficiente de absorción sea óptimo para la condición particular de la piel y el tamaño del vaso que está siendo tratado.

La eficacia de los láseres para las aplicaciones tales como la eliminación de tatuajes y la eliminación de manchas de nacimiento y de la edad decrece porque los láseres son monocromáticos. Un láser de una longitud de onda dada se puede utilizar eficazmente para tratar un primer tipo de trastorno de pigmentación de la piel, pero, si la longitud de onda específica del láser no es absorbida eficazmente por la piel que tiene un segundo tipo de trastorno, será ineficaz para el segundo tipo de trastorno de la piel. Además, los láseres son generalmente complicados y caros de fabricar, grandes, para la cantidad de potencia suministrada, no son fiables y son difíciles de mantener.

La longitud de onda de la luz también afecta al tratamiento del trastorno vascular porque la sangre contenida en los alrededores de los trastornos vasculares varía y el contenido de sangre afecta al coeficiente de absorción del área de tratamiento. La oxihemoglobina es el principal cromóforo que controla las propiedades ópticas de la sangre y tiene unas bandas de absorción fuertes en la zona visible. Más particularmente, el pico de absorción más fuerte de la oxihemoglobina ocurre a los 418 nm y tiene un ancho de banda de 60 nm. Dos picos de absorción adicionales con coeficientes de absorción inferiores ocurren a 542 y 577 nm. El ancho de banda total de estos dos picos es del orden de 100 nm. Adicionalmente, la luz en la gama de longitud de onda de 500 a 600 nm es deseable para el tratamiento de trastornos de los vasos sanguíneos de la piel puesto que es absorbida por la sangre y penetra a través de la piel. Longitudes de onda mayores de hasta 1000 nm también son eficaces puesto que pueden penetrar más profundos dentro de la piel, calentar el tejido de los alrededores y, si el ancho del impulso es lo suficientemente largo, contribuir a calentar el vaso sanguíneo por conductividad térmica. También, son efectivas longitudes de ondas mayores para el tratamiento de vasos de diámetros mayores porque el coeficiente de absorción inferior está compensado por la trayectoria más larga de la luz en el vaso.

De acuerdo con ello, una fuente de radiación electromagnética de banda ancha que cubra cerca de los rayos ultravioletas y la parte visible del espectro será deseable para el tratamiento de trastornos vasculares y externos de la piel. La gama general de longitudes de ondas de la fuente de luz será suficiente para hacer óptimo el tratamiento para cualquiera de una serie de aplicaciones. Un dispositivo terapéutico de radiación electromagnética de este tipo también debe ser capaz de proporcionar una gama de longitudes de onda óptimas dentro de la gama general para el trastorno específico que se va a tratar. La intensidad de la luz debe ser suficiente para causar el efecto térmico requerido elevando la temperatura del área de tratamiento a la temperatura requerida. También, el ancho del impulso debe ser variable sobre una gama de ancho suficiente como para conseguir la profundidad de penetración óptima para cada aplicación. Por lo tanto, será deseable proporcionar una fuente de luz que tenga una gama de ancho de longitudes de onda, que puede ser seleccionada de acuerdo con el tratamiento de la piel requerido, con un ancho de impulso controlado y una densidad de energía suficientemente elevada para la aplicación al área afectada.

Las fuentes de luz de impulso que no son del tipo de láser tales como las lámparas de destellos lineales proporcionan estos beneficios. La intensidad de la luz emitida se puede hacer lo suficientemente alta como para conseguir los efectos térmicos requeridos. En ancho del impulso puede variar sobre una gama amplia de forma que se puede conseguir el control de la profundidad de penetración térmica. El espectro típico cubre la gama visible y ultravioleta y se puede seleccionar, o mejorar, las bandas ópticas más eficaces para aplicaciones específicas utilizando materiales fluorescentes. Además, las fuentes de luz que no son del tipo de láser, como por ejemplo las lámparas de destellos son mucho más simples y fáciles de fabricar que los láseres, son significativamente más baratas para la misma potencia de salida y tienen el potencial de ser más eficaces y más fiables. Tienen una gama espectral ancha que se puede hacer óptima para una serie de aplicaciones específicas de tratamiento de la piel. Estas fuentes también tienen una longitud del impulso que se puede variar sobre una amplia gama que es crítica para los diferentes tipos de tratamientos de la piel.

Además de ser utilizadas para el tratamiento de trastornos de la piel, los láseres han sido utilizados para procedimientos médicos invasivos tales como litotripsia y la eliminación de obturaciones de los vasos sanguíneos. En procedimientos invasivos de este tipo la luz láser está acoplada a fibras ópticas y se suministra a través de la fibra al área de tratamiento. En litotripsia la fibra suministra luz desde un láser impulsado al riñón o vesícula y la interacción de la luz con la piedra crea una onda de choque que pulveriza la piedra. Para eliminar las obturaciones de los vasos sanguíneos la luz se acopla a la obturación mediante la fibra y desintegra la obturación. En cualquier caso, están presentes las limitaciones de los láseres descritas antes con respecto al tratamiento de la piel con láser. De acuerdo con ello, sería deseable un dispositivo para litotripsia y eliminación de obturaciones que utilice una lámpara de destellos.

Para tratar eficazmente un área, la luz de la fuente se debe enfocar en el área de tratamiento. El acoplamiento de la luz del láser impulsada en fibras ópticas en medicina es muy común. La técnica anterior describe el acoplamiento de fuentes puntuales incoherentes de isótropos como por ejemplo lámparas CW en fibras ópticas pequeñas. Por ejemplo, la patente americana US nº 4,757,431, asignada el 12 de julio de 1988 a Cross y otros, describe un procedimiento para enfocar fuentes puntuales incoherentes con filamentos pequeños o una lámpara de arco con una separación de electrodos de 2 mm en un área pequeña. Las fuentes puntuales (o pequeñas) son relativamente fáciles de enfocar sin grandes pérdidas de energía debido al pequeño tamaño de la fuente. También, la patente americana US nº 4,022,534, asignada el 10 de mayo de 1977 a Kishner describe la luz producida por un tubo de destellos electrónicos y la recogida de sólo una pequeña parte de la luz emitida por el tubo dentro de la fibra óptica.

Sin embargo, la gran dimensión de una fuente extendida, tal como por ejemplo una lámpara de destellos, hace difícil enfocar fracciones grandes de su energía en áreas pequeñas. El acoplamiento en fibras ópticas es todavía más difícil puesto que no sólo se debe conseguir una alta densidad de la energía, sino que también se debe conseguir la distribución angular de la luz de tal forma que sea atrapada en la fibra óptica. Por lo tanto, es deseable tener un sistema para el acoplamiento de la salida de una fuente de luz impulsada, extendida, de alta densidad dentro de una fibra óptica y proporcionar una distribución de los rayos de luz con una penetración poco profunda dentro del tejido.

Este objeto se consigue mediante un aparato como el que se define en la reivindicación 1 con las realizaciones preferidas como las de las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo de tratamiento terapéutico comprende un alojamiento y una fuente de luz incoherente, adecuadamente una lámpara de destellos, que se puede accionar para proporcionar una salida de luz impulsada para el tratamiento, dispuesta en el alojamiento. El alojamiento tiene un orificio y es adecuado para disponerlo adyacente al área de tratamiento en la piel. Un reflector está montado en el interior del alojamiento próximo a la fuente de luz y por lo menos un filtro óptico está montado próximo al orificio en el alojamiento. Un iris está montado co-extensivamente con el orificio. La potencia a la lámpara se proporciona mediante un circuito que forma un impulso de ancho de impulso variable. Por lo tanto, el dispositivo de tratamiento proporciona una salida de luz impulsada, filtrada, de densidad controlada a través de un orificio en el alojamiento al área de la piel para el tratamiento.

También se describe un procedimiento de tratamiento con energía de luz que comprende los pasos de proporcionar una salida de luz impulsada de alta potencia desde una fuente de luz incoherente, que no es el tipo de láser, y de dirigir la salida de luz impulsada al área de tratamiento. El ancho del impulso de la salida de luz está controlado y enfocado de forma que la densidad de energía de la luz está controlada. También, la luz se filtra para controlar el espectro de la luz.

El acoplador comprende una fuente de luz incoherente como por ejemplo una lámpara de destellos toroidal. Un reflector está dispuesto alrededor de la fuente de luz incoherente y por lo menos una fibra óptica o guía de luz. La fibra tiene un extremo dispuesto en el interior del reflector. Este extremo recoge la luz de la lámpara circular. En una configuración de acoplamiento similar pueden estar provistas fibras, junto con una unidad de transferencia de la fibra de lineal a circular dispuesta para recibir la luz de la fuente de luz y proporcionar luz a las fibras ópticas. El reflector tiene una sección transversal elíptica en un plano paralelo al eje del tubo de destellos electrónicos lineal y el tubo de destellos electrónicos lineal está colocado en un foco de la elipse mientras que la unidad de transferencia de lineal a circular está colocada en el otro foco de la elipse.

Para una mejor comprensión de la invención, se hace referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales números iguales designan elementos o secciones correspondientes a través de los mismos y en los cuales:

la figura 1 es una vista en sección transversal de un dispositivo para el tratamiento de la piel con fuente de luz impulsada incoherente;

la figura 2 es una vista lateral de la fuente de luz de la figura 1;

la figura 3 es un diagrama esquemático de un impulso que forma una red con una anchura del impulso variable para utilizarlo en el dispositivo de tratamiento de la piel de las figuras 1 y 2;

la figura 4 es una vista en sección transversal de un acoplador para acoplar la luz desde un tubo de destellos electrónicos toroidal dentro de una fibra óptica con un borde cónico;

la figura 5 es una vista lateral de un tubo de destellos electrónicos toroidal;

la figura 6 es una vista desde arriba de un tubo de destellos electrónicos toroidal;

la figura 7 muestra la geometría para el acoplamiento dentro de una sección cónica;

la figura 8 es una vista en sección transversal de un acoplador para acoplar la luz desde un tubo de destellos electrónicos toroidal dentro de una fibra óptica con un borde plano;

la figura 9 es una vista en sección frontal de un acoplador para acoplar luz desde un tubo de destellos lineal dentro de un haz circular de fibras;

la figura 10 es una vista en sección lateral del acoplador en la figura 9;

la figura 11 es una vista frontal de un acoplador para acoplar luz desde un tubo de destellos electrónicos lineal dentro de una fibra óptica;

la figura 12 es una vista frontal de un acoplador para acoplar luz desde un tubo de destellos electrónicos lineal dentro de una fibra óptica con aditivos;

la figura 13 es una configuración esquemática de la interfaz de la piel con gel con una placa transparente;

la figura 14 muestra una distribución angular de los fotones que penetran sin utilizar un gel;

la figura 15 muestra una guía de la luz que proporciona una divergencia angular grande;

la figura 16 muestra una guía de la luz que proporciona una divergencia angular estrecha;

la figura 17 muestra un espectro producido con una lámpara de destellos corriente de 200 A;

la figura 18 muestra un espectro producido con una lámpara de destellos corriente de 380 A; y

la figura 19 muestra un circuito de accionamiento GTO (Gate Turn-Off thyristor - tiristor bloqueante) para una lámpara de destellos.

En las diversas figuras, los números de referencia iguales se utilizan para describir componentes iguales.

Antes de explicar en detalle por lo menos una realización de la invención, debe entenderse que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de la construcción y la disposición de los componentes establecidas en la siguiente descripción o ilustradas en los dibujos. La invención puede tener otras realizaciones o llevarse a la práctica o llevarse a cabo de diversos modos. También, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas aquí lo son con propósitos descriptivos y no se deben considerar como limitativas.

Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, se representan vistas laterales y en sección transversal de un dispositivo de tratamiento de la piel 10 con una fuente de luz impulsada incoherente construido y que se puede accionar de acuerdo con los principios de la presente invención.

Se puede ver que el dispositivo 10 incluye un alojamiento 12, provisto de un orificio, un mango 13 (sólo en la figura 2), una fuente de luz 14 provista de un tubo de vidrio exterior 15, un reflector elíptico 16, un conjunto de filtros ópticos 18, un iris 20 y un detector 22 (sólo en la figura 1).

La fuente de luz 14, la cual está montada en el alojamiento 12, puede ser una fuente de luz incoherente típica como por ejemplo una lámpara de destellos lineal rellena de gas modelo Nº L5568 disponible a partir de ILC. El espectro de la luz emitida por la lámpara de destellos lineal rellena de gas 14 depende de la densidad de la corriente, el tipo de material de envoltura de vidrio y de la mezcla de gas utilizados en el tubo. Para grandes densidades de corriente (por ejemplo, 3000 A/cm^{2}, o mayores) el espectro es similar al espectro de radiación de un cuerpo negro. Típicamente, la mayor parte de la energía se emite en la gama de longitud de onda de 300 hasta 1000 nm.

Para tratar un trastorno de la piel (o visible) se debe suministrar a la piel la densidad de luz requerida. Esta densidad de la luz se puede conseguir con la disposición de enfoque representada en las figuras 1 y 2. La figura 1 muestra una vista en sección transversal del reflector 16, también montado en el alojamiento 12. Como se representa en la figura 1, la sección transversal del reflector 16 en un plano que es perpendicular al eje de la lámpara de destellos 14 es una elipse. La lámpara de destellos lineal 14 está colocada en un foco de la elipse y el reflector 16 está colocado de tal manera que el área de tratamiento de la piel 21 está colocada en el otro foco. La disposición representada es similar a las disposiciones de enfoque utilizadas con láseres y acopla eficazmente la luz de la lámpara de destellos 14 a la piel. Esta disposición, sin embargo, no se debe considerar limitativa. El reflector elíptico 16 puede ser un reflector metálico, típicamente aluminio pulido el cual es un reflector que se puede mecanizar fácilmente y tiene una reflectividad muy alta en la gama visible y se puede utilizar la gama ultravioleta del espectro. Otros metales desnudos o recubiertos se pueden utilizar también con este propósito.

Los filtros ópticos y de densidad neutra 18 están montados en el alojamiento 12 cerca del área de tratamiento y se pueden desplazar dentro del rayo y fuera del rayo para controlar el espectro y la intensidad de la luz. Típicamente, se utilizan filtros de ancho de banda de 50 a 100 nm, así como filtros de corte bajo en las partes visible y ultravioleta del espectro. En algunos procedimientos es deseable utilizar la mayor parte del espectro, con sólo siendo cortada la parte ultravioleta. En otras aplicaciones, principalmente para una penetración más profunda, es preferible utilizar anchos de banda más estrechos. Los filtros de ancho de banda y los filtros de corte están fácilmente disponibles comercialmente.

El tubo de vidrio 15 está colocado coaxialmente con la lámpara de destellos 14 y tiene material fluorescente dispuesto en él. El tubo de vidrio 15 se utilizará típicamente para el tratamiento de la coagulación de los vasos sanguíneos para optimizar el rendimiento de energía del dispositivo 10. El material fluorescente se puede escoger para absorber la parte ultravioleta del espectro de la lámpara de destellos 14 y generar luz en la gama de 500 hasta 650 nm que es la óptima para la absorción en la sangre. Materiales similares recubren las paredes interiores de las lámparas fluorescentes comerciales. Un material típico utilizado para generar luz blanca "cálida" en lámparas fluorescentes tiene un rendimiento de conversión del 80%, tiene un pico de longitud de onda de emisión de 570 nm y tiene un ancho de banda de 70 nm y es útil para la absorción en la sangre. El tiempo de extinción de unos pocos milisegundos de estos fósforos es coherente con los largos impulsos que se requieren para el tratamiento de los vasos sanguíneos.

Se pueden utilizar otras formas y configuraciones de la lámpara de destellos 14 como por ejemplo circular, helicoidal, de arco corto o tubos de destellos lineales múltiples. El reflector 16 puede tener otros diseños como por ejemplo reflectores parabólicos o circulares. La fuente de luz se puede utilizar también sin un reflector y la energía requerida y la densidad de potencia se pueden conseguir colocando la fuente de luz 14 próxima al área de tratamiento.

El iris 20 está montado en el alojamiento 12 entre los filtros ópticos 18 y el área de tratamiento y controla la longitud y el ancho del área expuesta, es decir por colimación de la salida de la lámpara de destellos 14. La longitud de la lámpara de destellos 14 controla la longitud máxima que se puede exponer. Típicamente se utilizará un tubo de 8 cm de largo (longitud del arco) y sólo están expuestos los 5 cm centrales del tubo. La utilización de los 5 cm centrales asegura un alto grado de uniformidad de la densidad de energía en el área de la piel expuesta. Por lo tanto, en esta realización el iris 20 (también denominado colimador) habilitará la exposición de áreas de la piel de una longitud máxima de 5 cm. El iris 20 puede estar cerrado para proporcionar una longitud de exposición mínima de un milímetro. De forma similar, la anchura del área de la piel expuesta se puede controlar en la gama de 1 a 5 mm para una lámpara de destellos de 5 mm de ancho. Áreas expuestas mayores se pueden conseguir fácilmente utilizando tubos de destellos electrónicos más largos o múltiples tubos y áreas expuestas menores se pueden obtener con un iris que realice una colimación más completa del rayo. La presente invención proporciona un área de exposición mayor comparada con los láseres o las fuentes puntuales de la técnica anterior y es muy eficaz en la coagulación de los vasos sanguíneos puesto que la interrupción del flujo de sangre en una sección más larga del vaso es más efectiva en la coagulación. La mayor área expuesta simultáneamente también reduce el tiempo requerido para el proceso.

El detector 22 (figura 1) está montado fuera del alojamiento 12 y supervisa la luz reflejada desde la piel. El detector 22 combinado con los filtros ópticos 18 y los filtros de densidad neutra se pueden utilizar para conseguir una estimación rápida de los coeficientes de reflexión espectral y de absorción de la piel. Esto se puede llevar a cabo a un bajo nivel de densidad de energía antes de la aplicación del impulso de tratamiento principal. La medición de las propiedades ópticas de la piel antes de la aplicación del impulso principal es útil para determinar las condiciones óptimas del tratamiento. Como se ha dicho antes, el ancho espectro de la luz emitida por la fuente que no es del tipo de láser habilita la investigación de la piel sobre una gama espectral ancha y la elección de las longitudes de onda óptimas para el tratamiento.

En una realización alternativa, el detector 22 o un segundo sistema detector, puede ser utilizado para una medición en tiempo real de la temperatura de la piel durante su exposición a la fuente de luz impulsada. Esto es útil para aplicaciones de termólisis de la piel con impulsos largos en los que la luz es absorbida en la epidermis y en la dermis. Cuando la parte exterior de la epidermis alcanza una temperatura demasiado alta, puede resultar en quemaduras permanentes de la piel. Por lo tanto, se debe medir la temperatura de la piel. Esto se puede realizar utilizando una emisión infrarroja de la piel calentada, para evitar una sobre exposición.

Un sistema detector en tiempo real típico medirá la emisión infrarroja de la piel en dos longitudes de onda específicas utilizando dos detectores y filtros. La relación entre las señales de los dos detectores se puede utilizar para estimar la temperatura instantánea de la piel. El funcionamiento de la fuente de luz impulsada se puede parar si se alcanza una temperatura de la piel previamente seleccionada. Esta medición es relativamente fácil ya que el umbral de temperatura para el calentamiento impulsado que puede causar quemaduras en la piel es del orden de 50ºC o más, lo cual se puede medir fácilmente utilizando una emisión infrarroja.

La profundidad de penetración del calor depende de la absorción de la luz y del quemado de las diferentes capas de la piel y de las propiedades térmicas de la piel. Otro parámetro importante es el ancho del impulso. Para una fuente de luz impulsada, la energía de la cual es absorbida en una capa delgada infinitesimal, la profundidad de la penetración del calor (d) por conductividad térmica durante el impulso se puede escribir como se representa en la ecuación 1:

(Ecuación 1)d = 4 \ [k\Delta t/C\rho ] ^{^{1}/_{2}}

en donde:

k = conductividad del calor del material que está siendo iluminado;

\Deltat = ancho del impulso del impulso de luz;

C = calor específico del material;

\rho = densidad del material.

Está claro a partir de la ecuación 1 que la profundidad de penetración se puede controlar mediante el ancho del impulso de la fuente de luz. Por lo tanto, una variación del ancho del impulso en la gama de 10^{-5} segundos hasta 10^{-1} segundos resultará en una variación de la penetración térmica por un factor de 100.

De acuerdo con ello, la lámpara de destellos 14 proporciona un ancho de impulso de desde 10^{-5} segundos hasta 10^{-1} segundos. Para el tratamiento de trastornos vasculares en los que el objetivo es la coagulación de vasos sanguíneos en la piel, la longitud del impulso se escoge para calentar uniformemente tanto grosor entero del vaso como sea posible para conseguir una coagulación eficaz. Los vasos sanguíneos típicos que necesitan ser tratados en la piel tienen grosores en la gama de 0,5 mm. Por lo tanto, el ancho de impulso óptimo, teniendo en cuenta las propiedades térmicas de la sangre, es del orden de 100 milisegundos. Si se utilizan impulsos más cortos, el calor será conducido todavía a través de la piel para causar coagulación, sin embargo, la temperatura instantánea de parte de la sangre en el vaso y que rodea al tejido será más elevada que la temperatura requerida para la coagulación y puede causar daños involuntarios.

Para el tratamiento de trastornos externos de la piel en los cuales el objetivo es evaporar la piel, se utiliza un impulso de ancho muy corto para proporcionar una penetración térmica muy poco profunda en la piel. Por ejemplo, un impulso de 10^{-5} segundos penetrará (por conductividad térmica) una profundidad del orden de sólo 5 micras dentro de la piel. Por lo tanto, sólo se calienta una capa delgada de la piel y se obtiene una temperatura instantánea muy alta de forma que la marca exterior de la piel se evapora.

La figura 3 muestra un circuito que forma un impulso de ancho de impulso variable que comprende una pluralidad de impulsos individuales que forman redes (PFN - Pulse Forming Networks) que crean la variación en los anchos de impulso de la lámpara de destellos 14. El ancho completo del impulso de la luz a la mitad del máximo (FWHM - Full Width at Half Maximum) de una lámpara de destellos accionada mediante un único elemento PFN, con una capacidad C y una inductancia L, es aproximadamente igual a:

(Ecuación 2)\Delta t \approx 2[LC] ^{^{1}/_{2}}

La lámpara 14 puede ser accionada mediante tres PFN diferentes como se representa en la figura 3. Los contactos de relé R1', R2' y R3' se utilizan para seleccionar entre tres condensadores C1, C2 y C3 que están cargados mediante el suministro de potencia de alta tensión. Los relés R1, R2 y R3 se utilizan para seleccionar el PFN que se conectará a la lámpara de destellos 14. Los conmutadores de alta tensión S1, S2 y S3 son utilizados para descargar la energía almacenada en el condensador del PFN dentro de la lámpara de destellos 14. En una realización, L1, L2 y L3 tienen valores de 100 mH, 1 mH y 5 mH, respectivamente, y C1, C2 y C3 tienen valores de 100 mF, 1 mF y 10 mF, respectivamente.

Además de la posibilidad de disparar cada PFN separadamente, lo cual genera la variabilidad básica en el ancho del impulso, se puede conseguir una variación adicional disparando los PFN de forma secuencial. Si, por ejemplo, se disparan dos PFN que tengan un ancho de impulso de \Deltat1 y \Deltat2, de forma que el segundo PFN es disparado después de que el primer impulso haya decaído a la mitad de su amplitud, entonces el ancho del impulso de la luz efectivo de este funcionamiento del sistema vendrá dado por la relación:

\Delta t \approx \Delta t1 + \Delta t2

El suministro de energía de carga típicamente tiene una gama de tensión de 500 V a 5 kV. Los relés por lo tanto deben ser relés de alta tensión que puedan aislar de forma fiable estas tensiones. Los conmutadores S son capaces de transportar la corriente de la lámpara de destellos 14 y aislar la alta tensión inversa generada si los PFN son disparados de forma secuencial. Para este propósito se pueden utilizar los conmutadores de estado sólido, los conmutadores de vacío o los conmutadores de gas.

Un suministro de energía central (no representado en la figura 3) se puede utilizar para mantener la lámpara de destellos en un modo de conducción de baja corriente. Se pueden utilizar otras configuraciones para conseguir la variación del ancho del impulso, como por ejemplo la utilización de un único PFN y un conmutador de palanca, o utilizar un conmutador con capacidad de abertura y de cierre.

Típicamente, para el funcionamiento de la lámpara de destellos 14 con un ancho de impulso de 1 a 10 milisegundos, se puede utilizar una entrada de densidad de energía eléctrica lineal de 100 a 300 J/cm. Una densidad de energía de 30 a 100 J/cm^{2} se puede conseguir en la piel con un diámetro del taladro de la lámpara de destellos típica de 5 mm. La utilización de un ancho de banda de 500 a 650 nm transmite el 20% de la energía incidente. Por lo tanto, se consiguen densidades de energía en la piel de 6 a 20 J/cm^{2}. La incorporación del material fluorescente extenderá adicionalmente la radiación de salida en la gama deseada, habilitando la misma exposición de la piel con una entrada de energía inferior en la lámpara de destellos 14.

El tratamiento de la piel con láser impulsado muestra que densidades de energía en la gama de 0,5 hasta 10 J/cm^{2} con anchos de impulso en la gama de 0,5 milisegundos son generalmente eficaces para tratar trastornos de la piel relacionados con las venas. Esta gama de parámetros cae en la gama de funcionamiento de las fuentes de luz que no son el tipo de láser impulsado, tales como las lámparas de destellos lineales. Unos pocos pasos de filtros de vidrio de densidad neutra 18 se pueden utilizar también para controlar la densidad de energía en la piel.

Para trastornos externos se utiliza un ancho de impulso típico de 5 milisegundos. Una entrada de densidad de energía eléctrica de 20 J/cm dentro de una lámpara de destellos de un taladro de 5 mm resulta en una densidad de energía en la piel de 10 J/cm^{2}. Al cortar la parte de ultravioleta dura del espectro resulta en una transmisión de energía del 90%, o la exposición de la piel a una densidad de energía de cerca de 10 J/cm^{2}. Esta densidad energía es lo suficientemente alta como para evaporar marcas exteriores en la piel.

El dispositivo 10 puede estar provisto como dos unidades: una unidad de peso ligero sostenida por el médico que utiliza el mango 13, con la unidad sostenida en la mano conteniendo la lámpara de destellos 14, los filtros 18 y el iris 20 que juntos controlan el espectro y el tamaño del área expuesta y los detectores que miden la reflectividad y la temperatura instantánea de la piel. El suministro de potencia, el PFN y los controles eléctricos están contenidos en una caja separada (no representada) que está conectada a la unidad sostenida en la mano a través de un cable flexible. Esto permite el funcionamiento simple y el acceso fácil a áreas de la piel que necesiten ser tratadas.

La invención ha sido por lo tanto descrita ampliamente en relación con el tratamiento de la piel. Sin embargo, la utilización de una lámpara de destellos en lugar de un láser en tratamientos invasivos proporciona también ventajas. Procedimientos tales como la litotripsia y la eliminación de obturaciones de los vasos sanguíneos se puede llevar a cabo con una lámpara de destellos. Un dispositivo de este tipo puede ser similar a aquél representado en las figuras 1 y 2 y puede utilizar la electrónica de la figura 3 para producir el destello. Sin embargo, para acoplar adecuadamente la luz a una fibra óptica se representan una serie de acopladores 40, 80 y 90 en las figuras 4 y 8-10, respectivamente.

El acoplador 40 incluye una fuente óptica de luz impulsada incoherente de alta densidad e isotrópica como por ejemplo un tubo de destellos electrónicos lineales 42, un reflector de la luz 44 el cual suministra la energía de la luz a una fibra óptica 46. Esta última tiene un borde generalmente cónico en la realización de la figura 4. La fibra óptica 46 transfiere la luz desde el sistema de recogida 44 al área de tratamiento. En general, el acoplador 40 acopla la luz impulsada desde un tubo de destellos electrónicos dentro de una fibra óptica y tiene aplicaciones en las áreas médicas, industriales y domésticas.

Por ejemplo, el acoplador 40 se puede utilizar en el procesado de un material para calentarlo rápidamente o para la ablación de una parte de un material que esté siendo procesado. Alternativamente, el acoplador 40 se puede utilizar en una aplicación fotográfica para proporcionar un destello en el momento de tomar una fotografía. La utilización de un acoplador de este tipo permitirá que el bulbo del destello se coloque dentro de la cámara, siendo transmitida la luz al exterior de la cámara utilizando una fibra óptica. Como un experto en la materia reconocerá el acoplador 40 permite la utilización de luz incoherente en muchas aplicaciones en las que ha sido utilizada la luz coherente o incoherente en el pasado.

Para proporcionar el acoplamiento de la luz a una fibra óptica, el tubo de destellos electrónicos 42 tiene una forma toroidal, representada en las figuras 5 y 6 y está dispuesto en el interior del reflector 44. Además de la forma toroidal se pueden utilizar otras formas, como por ejemplo una hélice continua, para el tubo de destellos electrónicos 42. Sin embargo, un tubo helicoidal es más difícil de fabricar que un tubo toroidal. Con referencia ahora a la figura 6, el tubo de destellos electrónicos 42 tiene globalmente la forma de un anillo, pero no es un anillo perfecto puesto que los electrodos colocados en el extremo del anillo se tienen que conectar a la fuente de energía. Esto no crea una distorsión significante en la forma circular del tubo de destellos electrónicos 42, porque la conexión a los electrodos se puede hacer bastante pequeña.

El reflector 44 recoge y concentra la luz y tiene una sección transversal sustancialmente en forma de elipse, en un plano perpendicular al eje menor del tubo de destellos electrónicos toroidal 42. El eje mayor de está elipse preferiblemente forma un pequeño ángulo con el eje mayor de la lámpara toroidal 42. El valor exacto del ángulo entre los ejes de la elipse y el eje principal de la lámpara 42 depende de la apertura numérica (NA - Numerical Aperture) de la fibra óptica. El tubo de destellos electrónicos toroidal está colocado de tal forma que su eje menor coincide con el foco de la elipse. El otro foco de la elipse está en el borde de la fibra óptica 46. El reflector 44 se puede mecanizar a partir de metal con las superficies interiores pulidas para una buena reflectividad. El aluminio es un reflector muy bueno con alta reflectividad en las longitudes de onda visible y ultravioleta y puede ser utilizado para este propósito. El reflector se puede mecanizar en una pieza y ser cortado después a lo largo de una superficie perpendicular al eje principal del dispositivo. Esto facilitará la integración del tubo de destellos electrónicos toroidal dentro del dispositivo.

Como se representa en la figura 4, el borde de la fibra óptica 46 es un cono con un pequeño ángulo de abertura, de forma que se incrementa el área total de la fibra que está expuesta a la luz del tubo de destellos electrónicos. Con referencia ahora a la figura 7 se muestra la geometría para el acoplamiento de la luz dentro de una punta cónica. Se supone aquí que la luz viene de una zona del espacio con un índice de refracción de n_{2} y que la sección cónica de la fibra (así como el resto del núcleo de la fibra) tiene un índice de refracción de n_{1}.

No todos los rayos de luz que inciden en el cono son atrapados en él. Para los rayos de luz que se propagan en un plano que contiene el eje principal del sistema, se puede derivar una condición para el ángulo de un rayo que será atrapado y absorbido en la fibra. Esta condición se representa en la ecuación 3.

(ecuación 3)sen \ (\mu _{criti}) = cos \ (\beta ) - [n_{1}{}^{2}/n_{2}{}^{2} - 1] ^{^{1}/_{2}} \ sen \ (\beta )

La luz será atrapada en la parte cónica de la fibra óptica si el ángulo de incidencia \mu es mayor que \mu_{criti} calculado a partir de la ecuación 3. Sólo es posible atraparla si n_{1}> n_{2}. Si el medio en el exterior de la fibra es aire, n_{2} = 1. No toda la luz atrapada en la sección cónica de la fibra será también atrapada en la parte recta de la fibra si se utiliza una fibra con un núcleo y una vaina. Si se utiliza una fibra con núcleo y sin vaina (la vaina es el aire), entonces todos los rayos capturados en la sección cónica de la fibra serán atrapados también en la sección recta de la fibra.

La configuración representada en la figura 4 también puede ser utilizada con un fluido que rellene el volumen entre el reflector y la fibra óptica. Un fluido muy conveniente para este propósito puede ser agua. El agua es también muy eficaz en la refrigeración de la lámpara de destellos si se utilizan impulsos con elevadas velocidades de repetición. La presencia de un fluido reduce las pérdidas que están asociadas con las transiciones del vidrio al aire, como por ejemplo la transición entre el material que envuelve la lámpara de destellos y el aire. Si se utiliza un fluido en el volumen del reflector, entonces su índice de refracción se puede escoger de tal forma que todos los rayos atrapados en la sección cónica sean también atrapados en la fibra, incluso si se utilizan fibras con núcleo/vaina.

Otro modo de configurar la fibra en el reflector es utilizando una fibra con un borde plano. Esta configuración se representa en la figura 8 y tiene un rendimiento de atrape muy cercano al rendimiento de atrape del borde cónico. También se pueden utilizar muchas otras formas del borde de la fibra, como por ejemplo formas esféricas. La configuración del borde de la fibra también tiene un efecto en la distribución de la luz en el lado de salida de la fibra y se puede escoger de acuerdo con la aplicación específica del dispositivo.

El dispositivo se puede utilizar con una gran variedad de fibras ópticas. Fibras únicas, o un pequeño número de fibras de diámetro milimétrico o submilimétrico, se utilizarán típicamente en aplicaciones médicas invasivas. En otras aplicaciones, particularmente en aplicaciones industriales y domésticas, será preferible utilizar una fibra que tenga un diámetro mayor, o un haz mayor de fibras, o una guía de la luz.

De acuerdo con una realización se utilizan guías de la luz flexibles o rígidas para acoplar la luz al área de tratamiento. Las guías de luz flexibles fabricadas a partir de un haz de fibras de cuarzo o de otro vidrio se funden juntas por calor en el borde de los haces. Los haces pueden ser circulares, rectangulares o de cualquier otra forma útil. Las guías de la luz rígidas pueden estar fabricadas a partir de cuarzo, acrílico, vidrio, o bien otros materiales que tengan un alto grado de transparencia. El material está generalmente altamente pulido en todos sus lados.

Una sección transversal típica de una guía de luz circular útil para tratamiento terapéutico es una de 1 mm a 10 mm de diámetro. Alternativamente, se puede utilizar una guía de la luz rectangular provista de dimensiones típicas desde 3 mm por 10 mm hasta 30 mm por 100 mm. En cualquier caso la longitud puede ser desde 20 hasta 300 mm, o como se necesiten para la aplicación específica.

De acuerdo con otra realización alternativa se utiliza una guía de la luz rectangular para acoplar más eficazmente la luz. La guía de luz rectangular se escoge que tenga una forma que se acople a una lámpara de destellos lineal rectangular y que se acople a la forma del vaso que se vaya a tratar.

Las guías de la luz descritas antes pueden ser utilizadas en otra realización alternativa para controlar el espectro de la luz suministrada al área de tratamiento. El control espectral se puede conseguir fabricando la guía de la luz a partir del material que tenga un colorante absorbente disuelto en él. Por lo tanto, la luz transmitida por la guía de la luz tendrá un espectro determinado por el colorante absorbente. Alternativamente, se puede añadir un filtro discreto en un extremo (preferiblemente en el extremo de entrada) de la guía de la luz. Estos filtros son filtros absorbentes. Los inventores han encontrado que los filtros absorbentes producidos por Schott, que tiene los modelos números OG515, OG550, OG570 y OG590 tienen características adecuadas.

Adicionalmente, se pueden utilizar filtros de interferencia o recubrimientos reflectores en la guía de la luz aplicando un recubrimiento óptico apropiado a la guía de la luz. Otra vez, también se puede utilizar un filtro de interferencia discreto único. Adicionalmente, se pueden utilizar combinaciones de los diversos filtros descritos aquí, o bien otros filtros. La utilización de los filtros descritos aquí puede hacer redundante la utilización de los filtros descritos anteriormente con referencia a la figura 1.

Una realización alternativa supone la utilización de guías de luz específicas de la aplicación. De este modo, el espectro de la luz para diversos tratamientos se puede controlar fácilmente. De acuerdo con esta alternativa cada tipo de tratamiento se llevará a cabo con una guía de la luz específica.

Las propiedades ópticas de la guía de la luz se escogerán para hacer óptico el tratamiento particular. Las longitudes de onda que siguen a continuación son particularmente útiles para los respectivos tratamientos:

arterias de menos de 0,1 mm de diámetro - 520-650 nm

venas de menos de 0,1 mm de diámetro - 520-700 nm

vasos entre 0,1 y 1,0 mm de diámetro - 550-1000 nm

vasos mayores - 600-1000 nm.

En cada caso si la piel es más oscura (pigmentación más elevada) se deben utilizar longitudes de onda más largas en la parte de corte inferior del espectro.

Se pueden utilizar espectros múltiples para una penetración óptima. Esto se puede conseguir iluminando con unos pocos impulsos, cada uno provisto de un espectro diferente. Por ejemplo, el primer impulso puede tener un espectro que sea altamente absorbido en la sangre. Este impulso coagulará la sangre, cambiando de ese modo las propiedades ópticas de la sangre, haciéndola más absorbente en otra gama de longitudes de onda (preferiblemente más largas). Un segundo impulso será más eficazmente absorbido puesto que la sangre absorbe energía de una gama de longitudes de onda mayores. Este principio se puede utilizar también con láseres o con otras fuentes de luz.

Además de las características de las guías de la luz descritas antes, en otra realización alternativa se utiliza una guía de la luz para controlar la distribución angular de los rayos de luz que inciden en la piel. La luz que incide en la piel en ángulos grandes (con relación a la perpendicular) no penetrará muy profundamente dentro del tejido. Por el contrario, la luz que incide perpendicularmente a la piel tendrá una penetración más profunda. Por lo tanto, es deseable proporcionar una distribución de los rayos de luz que tenga una divergencia angular relativamente ancha cuando el tratamiento requiera una penetración poco profunda. Alternativamente, una divergencia más estrecha es preferible para el tratamiento que requiera y en el que se desee una penetración profunda. Algún tratamiento puede requerir ambas penetraciones, poco profunda y profunda.

La figura 15 muestra una guía de la luz 115 provista de un rayo de salida con una divergencia angular mayor que la del rayo de entrada. Como se representa en la figura 15, un rayo 116 entra en la guía de la luz 115 con un ángulo pequeño, con relación al eje de la guía de la luz 115. Cuando el rayo 501 sale de la guía de la luz 115, el ángulo con relación al eje es mucho mayor. La forma cónica de la guía de la luz 115 mejora esta divergencia.

La figura 16 muestra una guía de la luz recta 118 que mantienen la distribución angular de los rayos de luz que entran en ella. Un rayo 119 está representado entrando y saliendo de la guía de la luz 118 con el mismo ángulo, con relación al eje del acoplador 601. El uso alterno de ambas guías de luz 115 y 118 puede lograr la penetración estrecha y profunda descrita antes. Alternativamente, el usuario puede seleccionar el tipo de acoplador de acuerdo con la profundidad de penetración necesaria para el tratamiento que se esté llevando a cabo.

Las figuras 9 y 10 muestran una acoplador 90 para acoplar el tubo de destellos electrónicos lineal 92 a través de una unidad de transferencia de fibra lineal a circular 94 a un haz de fibras 96. Un reflector 98 tiene una sección transversal elíptica, representado en la figura 10, en un plano paralelo al eje del tubo de destellos electrónicos lineal 92 en esta realización. El tubo 92 está colocado en un foco de la elipse mientras que el lado lineal del convertidor de haz lineal a circular 94 está colocado en el otro foco de la elipse. Esta configuración es relativamente simple de fabricar y se pueden utilizar convertidores de lineal a circular comercialmente disponibles tales como 25-004-4 disponibles a partir de General Fiber Optics. Esta configuración es particularmente útil para áreas de exposición mayores de la fibra, o para propósitos de iluminación por destellos.

Las densidades de energía y de potencia que se pueden conseguir con esta invención son lo suficientemente altas como para conseguir los efectos deseados en el tratamiento superficial o en aplicaciones médicas. Para la realización representada en la figura 4 las densidades totales de energía y de potencia se pueden estimar como sigue. Para una lámpara toroidal típica con un diámetro de taladro de 4 mm y un diámetro mayor de 3,3 cm se puede utilizar una entrada de densidad energía eléctrica lineal de 10 J/cm dentro de la lámpara con un ancho de impulso de 5\musegundos. La salida de luz de la lámpara será de 5 a 6 J/cm para unas condiciones de funcionamiento eléctrico óptimas. Para el reflector representado en la figura 4, el 50% de la luz generada en la lámpara alcanzará el foco inferior. Por lo tanto, se puede obtener un flujo de energía total en el foco de 25 a 30 J. Para las realizaciones representadas en la figura 4 o en la figura 8 el área total de la sección transversal del reflector en el plano focal tiene una sección transversal de 0,8 cm^{2}. Se pueden lograr densidades de energía del orden de 30 a 40 J/cm^{2} en la entrada de la fibra con esta sección transversal. Esto corresponde a densidades de potencia de 5 a 10 MW/cm^{2}, las cuales son densidades de potencia típicas utilizadas en aplicaciones médicas o en el procesado de materiales.

Para impulsos más largos, se pueden utilizar densidades de energía eléctrica lineal mayores dentro de la lámpara. Para un impulso de 1 milisegundo al tubo de destellos electrónicos se puede utilizar una densidad energía eléctrica lineal de 100 J/cm. La densidad energía correspondiente en el área focal será de hasta 300 J/cm^{2}. Densidades de energía de este tipo son muy eficaces en las aplicaciones de limpieza industrial y de proceso así como en las aplicaciones médicas.

Realizaciones alternativas para el acoplamiento de la fibra óptica a una fuente de luz extendida como por ejemplo una lámpara de destellos lineal se representan en las figuras 11 y 12. En la realización de la figura 11 una fibra óptica 101 está enrollada alrededor de una lámpara 102 y una envoltura de lámpara 103. Algo de la luz que es producida por la fuente de luz se acopla dentro de la fibra. Si los rayos de luz se propagan en la dirección en la que es atrapada por la fibra entonces esta luz se propagará en la fibra y se puede utilizar en una salida de la fibra 104. Una limitación de esta configuración es el hecho de que la mayor parte de la luz emitida por la lámpara 103 se desplaza en una dirección perpendicular a la superficie de la lámpara 103 y no puede ser atrapada en la fibra 101.

La realización representada en la figura 12 supera este problema. Una fibra óptica con aditivos 105 está enrollada alrededor de la lámpara 102 y la envoltura 103, en lugar de una fibra sin aditivos como la fibra 101 de la figura 11. El aditivo es un material fluorescente el cual es excitado por la radiación que emana de la lámpara 102 e irradia luz dentro de la fibra. La luz es irradiada en todas las direcciones y la parte de ella que está dentro del ángulo crítico de la fibra 105 es atrapada y propagada a través de la fibra y se puede utilizar en la salida de la fibra 104. El ángulo de la luz que es atrapada en la fibra es el ángulo crítico del material a partir del cual está fabricada la fibra óptica o la guía de onda óptica. Para una fibra (o guía de onda óptica) en el aire este ángulo viene dado por sen \alpha = l/n.

Típicamente para vidrios y otros materiales transparentes n = 1,5 y \alpha = 41,8º. Esto corresponde a un rendimiento del atrape superior al 10% de la luz emitida por el fluorescente dentro de la fibra. Si se supone un rendimiento del 50% del proceso fluorescente se encontrará que más del 5% de la luz producida por la lámpara es atrapada y propagada en la fibra. Por ejemplo, una lámpara de 4'', con una entrada de energía eléctrica lineal de 300 J/pulgada y un 50% de rendimiento de conversión de electricidad a luz, acoplará el 2,5% de su energía eléctrica dentro de la fibra. Esto corresponde, para el caso de la lámpara de 4'' a una energía de luz total de 30 J de luz. Esta realización tiene la ventaja adicional de transferir la longitud de onda emitida por la lámpara a una longitud de onda que puede ser más útil en algunas de las aplicaciones terapéuticas o procesos mencionados antes. Por lo tanto, el material fluorescente con aditivos en la fibra se puede escoger de acuerdo con una longitud de onda de emisión determinada por la aplicación específica del dispositivo.

Una realización alternativa incluye la utilización de un gel para acoplar la luz a la piel. Esta alternativa reduce el calentamiento de la capa exterior de la piel (la epidermis y las capas superiores de la dermis). El gel preferiblemente es un gel a partir de agua de alta viscosidad y se aplica a la piel antes del tratamiento, aunque también se pueden utilizar otros geles que no necesariamente sean a base en agua. Un gel provisto de una capacidad calorífica y una conductividad térmica relativamente altas, como por ejemplo gel a partir de agua, es preferible para permitir la refrigeración de la piel exterior (en particular la epidermis). También es deseable la transparencia porque durante el tratamiento la luz pasa a través del gel transparente y alcanza la piel.

Con referencia ahora a la figura 13, un gel 110 se aplica a la piel 21 antes del tratamiento. Se utiliza una capa plana de gel encima de la piel porque las irregularidades en la capa superior del gel a través de la cual pasa la luz puede causar la dispersión de la luz y reducir su penetración dentro de la piel. A fin de conseguir esta planitud, se puede aplicar una pieza plana, transparente y sólida 111 encima de la piel. La configuración se representa esquemáticamente en la figura 13. La placa transparente se puede fabricar de vidrio o de otros materiales transparentes. Tanto el alojamiento de la lámpara de destellos como la guía de la luz descritos arriba se pueden colocar en contacto directo con la placa transparente.

La configuración de la figura 13 tiene la ventaja de reducir la dispersión de la luz (representada mediante flechas 113) que entra dentro de la piel debido a las irregularidades en la superficie de la piel. La piel tiene un índice de refracción que es mayor que el del aire. Como resultado, cualquier fotón que incida en la interfaz aire piel es desviado si no incide con la piel con un ángulo de incidencia de 0º. Puesto que la superficie de la piel es irregular la distribución angular de la piel incrementa. Esto se representa esquemáticamente en la figura 14.

La utilización de gel se dirige a este problema puesto que el gel puede rellenar agujeros irregulares que se hayan creado en la estructura de la piel. La placa transparente que cubre el gel y el propio gel preferiblemente tendrán un índice de refracción que sea próximo a aquel de la piel. Esto es relativamente fácil puesto que el índice de refracción de la piel es del orden de 1,4 en la zona visible y cerca del infrarrojo. La mayor parte de vidrios y plásticos transparentes tienen índices de refracción que son del orden de 1,5 lo cual es suficientemente próximo. El índice de refracción del agua es del orden de 1,34 en esta gama. Los geles a partir de agua tendrán índices de refracción similares. El índice se puede incrementar mediante aditivos apropiados. La placa y el gel por lo tanto actúan como una superficie plana para que la luz incida sobre ellos. Puesto que el gel y la placa tienen un índice de refracción cerca del de la piel existe muy poca dispersión en las interfaces gel-placa y gel-piel.

La utilización de un gel ha sido experimentalmente exitosa en el tratamiento de venas de las piernas y otras lesiones vasculares benignas de la piel. Los tratamientos se llevaron a cabo con la lámpara de destellos descrita antes. Sin embargo, en realizaciones alternativas, se puede utilizar una fuente incoherente o una fuente coherente diferente.

Durante el funcionamiento la luz se aplica típicamente a la piel en una secuencia de tres impulsos con retrasos cortos entre los impulsos. Este modo de funcionamiento se utiliza a fin de sacar partido del rápido enfriamiento de la epidermis delgada superficial (inferior a 0,1 mm de grueso) comparado con los vasos mayores y más profundos típicos de las venas de las piernas. El gel en contacto con la piel enfría la epidermis durante el periodo de espera entre los impulsos. Este enfriamiento reduce significativamente el daño de la epidermis.

La luz se aplica al área tratada tanto en un impulso largo como en una secuencia de impulsos separados por un retraso. La longitud del retraso y del impulso están preferiblemente controlados por el operario para proporcionar suficiente calor como para conseguir el tratamiento deseado pero sin que sea un calor suficiente como para dañar la piel.

Este concepto se comprobó con vasos grandes y profundos (del orden de 2 mm de diámetro y 2mm de profundidad). Se aplicó en la piel una capa delgada de gel comercial de ultrasonidos a partir de agua (1 a 2 mm de grosor de gel "Aqua clear" fabricado por Parker EEUU). Se utilizó una ventana de vidrio delgada de 1mm para generar una placa plana de gel. La luz del dispositivo pasó a través del vidrio delgado y el gel hacia la piel. Se tuvo cuidado de asegurar que no existieran burbujas de aire en el gel. Esta configuración se comprobó con fluencias de fotones de 30 a 50 J/cm^{2}. Se obtuvo la coagulación y la limpieza de los vasos sin causar daños en la piel. Esto es lo contrario de lo que ha ocurrido con pruebas similares en las que no se utilizó gel y en las cuales las fluencias de fotones de 20 J/cm^{2} con la misma estructura de impulso quemaron la piel.

La epidermis tiene un grosor de aproximadamente 0,1 mm y un tiempo de refrigeración de aproximadamente 5 milisegundos. Por lo tanto, para evitar las quemaduras se utilizan retrasos mayores de 5 milisegundos.

En otra realización alternativa, el espectro de la luz utilizada para el tratamiento está controlado mediante el control de la tensión y la corriente aplicada a la lámpara de destellos. Como es muy conocido en la técnica, el espectro de la luz producida por una lámpara de destellos depende de la tensión y de la corriente provista a la lámpara de destellos. De acuerdo con esta realización, la tensión y la corriente de entrada se seleccionan para proporcionar un espectro de tratamiento deseado. La tensión y la corriente apropiadas se pueden determinar experimentalmente para cada lámpara de destellos utilizada. Por ejemplo, una corriente de lámpara de destellos de 200 amperios produce el espectro representado en la figura 17. De forma similar, el espectro de la figura 18 está producido utilizando una corriente de lámpara de destellos de 380 amperios. El espectro de la figura 17 muestra una mejora significativa en la gama de longitudes de onda de 800-1000 nm. Un espectro de este tipo es particularmente útil para el tratamiento de vasos grandes.

Las diferentes corrientes y tensiones utilizadas para controlar el espectro de salida se pueden obtener utilizando un grupo o banco de condensadores que se pueden conectar tanto en serie como en paralelo como parte de la fuente de potencia para la lámpara de destellos. Una conexión en serie proporcionará una tensión y una corriente relativamente altas, produciendo de ese modo un espectro que tenga una energía en una longitud de onda más corta, como por ejemplo 500-650 nm. Una conexión en serie de este tipo será más apropiada para generar impulsos más cortos (1 a 10 milisegundos, por ejemplo) útiles para el tratamiento de vasos más pequeños.

Una conexión en paralelo proporciona una tensión y una corriente inferiores y de ese modo producen un espectro de salida de una longitud de onda más larga, como por ejemplo 700-1000 nm. Un espectro de este tipo es más apropiado para el tratamiento de vasos más grandes y es adecuado para producir impulsos más largos (en la gama de 10-50 milisegundos, por ejemplo). La selección de las conexiones en serie o en paralelo se puede hacer utilizando un relé o conjuntos de relés.

En una realización alternativa el impulso que forma la red de la figura 3 es remplazado por un circuito de accionamiento GTO 121, como por ejemplo aquél representado en la figura 19. El circuito de accionamiento de la figura 19 utiliza un conmutador que se puede conectar o desconectar para controlar la aplicación de potencia a la lámpara de destellos. Mientras esta realización alternativa será descrita con respecto a un GTO que se utiliza como el conmutador, otros conmutadores que se puedan conectar y desconectar, como por ejemplo los IGBT (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor - Transistor bipolar de puerta aislada), también se pueden utilizar.

Con referencia ahora a la figura 19, el circuito de accionamiento 121 incluye una fuente de alta tensión 122, un banco de condensadores C5, un inductor L5, un diodo D5, un conmutador GTO1, un diodo D6, un diodo DT, una resistencia R5, un condensador C6, un generador de disparos GTO TR1, una resistencia R7, un condensador C7 y un generador de disparos del tubo de destellos electrónicos TR2. Estos componentes están conectados a la lámpara de destellos 14 y sirven para proporcionar impulsos de potencia a la lámpara de destellos 14. La duración y la temporización de los impulsos están provistas de acuerdo con la descripción aquí realizada. El accionamiento 121 funciona de la manera que se describe más adelante.

La fuente de alta tensión 122 está conectada a través del banco de condensadores C5 y carga el banco de condensadores C5 a una tensión adecuada para la aplicación a la lámpara de destellos 14. El banco de condensadores C5 puede comprender uno o más condensadores y puede estar configurado de la manera descrita antes.

Antes de la iluminación de la lámpara de destellos 14 el generador de disparos del tubo de destellos electrónicos TR2 ceba la lámpara de destellos 14 y crea en su interior un canal de impedancia relativamente baja. Después de que la lámpara se haya cebado, el condensador C7 vierte corriente en la lámpara de destellos 14, creando adicionalmente un canal de baja impedancia en la lámpara de destellos 14. De esta manera se proporciona una descarga previa que prepara la lámpara de destellos 14 para el impulso de potencia. El condensador C7 proporciona una pequeña cantidad de corriente, con relación al banco de condensadores C5. Alternativamente, el circuito de accionamiento 121 puede funcionar en modo lento, en el que la descarga previa no es necesaria.

Después de ello, el conmutador GTO1 se conecta a través de un impulso desde el generador de disparos GTO TR1, completando el circuito entre la lámpara 14 y el banco de condensadores C5. Por lo tanto, el banco de condensadores C5 descarga a través de la lámpara de destellos 14. Puede estar provisto un inductor L5 para controlar el tiempo de elevación de la corriente a través de la lámpara de destellos 14. El inductor L5 puede incluir un componente resistivo inherente, no representado.

Después de que haya pasado un período de tiempo determinado por el ancho de impulso deseado, el generador de disparos GTO TR1 proporciona un impulso al conmutador GTO1, desconectándolo. Un circuito de control determina la temporización de los impulsos de disparo y los proporciona de acuerdo con la anchura de impulso y los retrasos deseados.

Está provisto un circuito amortiguador, que comprende un diodo D6, una resistencia R5 y un condensador C6 para el conmutador GTO1. También están provistos los diodos D5 y D7 para proteger el conmutador GTO1 de tensiones inversas. La resistencia R7 está provista en paralelo con la lámpara de destellos 14 para medir la corriente de fuga del conmutador GTO1, lo cual a su vez se puede utilizar para asegurar que el conmutador GTO1 está funcionando adecuadamente.

Una adición posible al circuito de accionamiento 121 es proporcionar un SCR o bien otro conmutador en paralelo con el banco de condensadores C5. Esto permite la descarga o el restablecimiento del banco de condensadores C5 sin conectar el conmutador GTO1. Se pueden hacer otras modificaciones, tales como proporcionar al circuito un disparador en serie, en lugar del disparador en paralelo representado. Otra modificación es utilizar el circuito de accionamiento con un láser en lugar de una lámpara de destellos 14.

La utilización adecuada de los anchos de impulso y de los retrasos puede ayudar a evitar el quemado de la epidermis. La epidermis tiene un tiempo de refrigeración de aproximadamente 5 milisegundos, mientras que vasos grandes tienen tiempos de refrigeración más largos (un vaso de 1 mm tiene un tiempo de refrigeración de aproximadamente 300 milisegundos). Por lo tanto, durante un impulso de una duración más larga de 5 milisegundos la epidermis se puede enfriar pero no lo hará el vaso. Por ejemplo, para el tratamiento de un vaso grande (como por ejemplo uno provisto de un diámetro de aproximadamente 1 mm) un impulso de 100 milisegundos permitirá que la piel se enfríe pero no se enfriará el vaso.

El mismo efecto se puede conseguir utilizando trenes de impulsos. Esto es útil cuando no es práctico proporcionar un impulso largo único a la lámpara de destellos. Los retrasos entre impulsos se seleccionan para permitir que la piel se enfríe, pero que sean suficientemente cortos como para que no se enfríe el vaso. Por lo tanto, se puede tratar vasos mayores con retrasos más largos porque tienen tiempos de refrigeración mayores. Los vasos pequeños se enfrían rápidamente y los retrasos grandes no son efectivos. Sin embargo, también necesitan menos energía y puede ser tratados eficazmente con un sólo impulso.

Tiempos de retrasos típicos están en la gama de 20 milisegundos hasta 500 milisegundos. Más específicamente, los retrasos entre 100-500 milisegundos son efectivos para vasos mayores de un milímetro de diámetro. Retrasos de entre 20-100 milisegundos son eficaces para vasos entre 0,5 y 1 mm de diámetro. Retrasos de entre 10-50 milisegundos son eficaces para vasos entre 0,1 y 0,5 mm de diámetro. Un único impulso provisto de un ancho en la gama de 1 milisegundos a 20 milisegundos es eficaz para vasos menores de 0,1 mm de diámetro.

Adicionalmente, los retrasos se deben seleccionar de acuerdo con la pigmentación de la piel. Las pieles más oscuras absorben más energía y necesitan más tiempo para enfriarse: por lo tanto se necesitan retrasos más largos. Las pieles más claras absorben menos energía y se pueden acomodar retrasos más cortos.

Se ha encontrado que múltiples impulsos evitan la "púrpura" o la explosión de pequeños vasos en la piel o cerca de ella. La utilización de impulsos para evitar el quemado y proporcionar refrigeración será eficaz para luz provista mediante láseres o bien, también, otras fuentes.

Otra realización alternativa incluye la utilización de un microprocesador o bien un ordenador personal para controlar la lámpara de destellos. El microprocesador se puede utilizar para proporcionar las funciones de temporización y de incitación de las señales del disparador descritas antes. Adicionalmente, en una realización el microprocesador incluye una interfaz del usuario, como por ejemplo una pantalla y un teclado, botones, ratón, o bien otros dispositivos de entrada. Los microprocesadores tienen información almacenada en su interior y ayuda en la selección de los parámetros del tratamiento.

Por ejemplo, si la condición que se va a tratar es una mancha en vino de Oporto en la piel del tipo III, el médico introduce esa condición en el microprocesador. El microprocesador responde con parámetros de tratamientos sugeridos, como por ejemplo utilizar un filtro de corte de 570 nm, un impulso doble con un retraso de 50 milisegundos y una fluencia de 55 J/cm^{2}. El médico puede alterar estos parámetros sugeridos, pero no necesita referirse de nuevo a las líneas de guía de funcionamiento de los parámetros sugeridos.

El microprocesador o bien el ordenador personal también puede ser utilizado para crear y almacenar información sobre el paciente en una base de datos. Por lo tanto, información sobre tratamientos anteriores, como por ejemplo la condición que se trata, los parámetros de tratamiento, el número de tratamientos, etc, se almacena y se puede volver a llamar cuando el paciente vuelva a ser tratado. Esto ayuda a proporcionar el tratamiento adecuado al paciente. Adicionalmente, la base de datos puede incluir fotografías de la condición del paciente antes y después de cada tratamiento. De nuevo, esto se puede guardar en la memoria y ayuda en la determinación de los tratamientos que son los más exitosos para unas condiciones dadas.

Además de los tratamientos descritos antes los dispositivos y los procedimientos descritos aquí se pueden utilizar para tratar otras condiciones. Por ejemplo, se han tratado con éxito soriasis y verrugas. De forma similar, puede ser eficaz para el rejuvenecimiento (tratamiento de las arrugas). El inventor contempla adicionalmente la utilización de esta invención para tratar hemorroides, lesiones de la garganta y problemas ginecológicos asociados con malformaciones vasculares.

Claims (5)

1. Dispositivo para el tratamiento terapéutico para tratar una zona de tratamiento que comprende una fuente de luz impulsada incoherente (14) que se puede accionar para proporcionar una salida de luz para el tratamiento, un suministro de potencia conectado a la fuente de luz (14), un alojamiento (12) que incluye un reflector (16) y provisto de un orificio, en el que la fuente de luz (14) está dispuesta dentro del alojamiento (12) y el reflector (16) refleja la luz desde la fuente de luz (14) al orificio y una guía flexible de la luz (115, 118) dispuesta entre el orificio y la zona de tratamiento, en el que la guía de la luz (115, 118) recibe la luz incoherente de la fuente de luz (14) y transmite la luz a la zona de tratamiento y la fuente de luz (14), el reflector (16) y la guía de la luz (115, 118) cooperan para proporcionar entre 6 y 100 J/cm^{2} a la piel, caracterizado por una guía de la luz (115) con una forma cónica para proporcionar rayos de salida con mayor divergencia angular que la del rayo de entrada.

2. Dispositivo para el tratamiento de la reivindicación 1 adicionalmente caracterizado porque:

un primer filtro de interferencia está dispuesto entre la fuente de luz y la guía de la luz; y

un segundo filtro de absorción está dispuesto entre el primer filtro y la zona de tratamiento.

3. Dispositivo para el tratamiento de la reivindicación 2 adicionalmente caracterizado porque la guía de la luz está fabricada a partir de un material que incluye un colorante absorbente y es el segundo filtro absorbente.

4. Dispositivo para el tratamiento de la reivindicación 1 adicionalmente caracterizado porque el reflector incluye una parte reflectante que es una parte de un círculo.

5. Dispositivo para el tratamiento de la reivindicación 4 adicionalmente caracterizado porque la parte reflectante está relativamente cerca de la fuente de luz.