從日用到醫(yī)療，從顯示到加工，激光應(yīng)用無(wú)處不在。近些年隨著光纖激光技術(shù)的成熟，3um全光纖結(jié)構(gòu)激光器成為科研及企業(yè)在醫(yī)美方向的新熱點(diǎn)。本文利用高重頻全光纖3um激光器，對(duì)皮膚光損傷進(jìn)行修復(fù)，獲得了良好效果。

本文來(lái)自：Eric F. Bernstein,James F. Sanzo,Jennifer Y. Wang,Samuel M. Cotsarelis,Mario DiLeonardo.Low‐fluence treatment with a novel fractionated 2,910‐nm fiber laser improves photodamage. Lasers Surg Med. 2023;55:35–45.

簡(jiǎn)介

在本研究中，我們首次研究了2910nm鉺玻璃光纖激光器，在表面處理形式下，用于改善輕度光損傷。因其具有波長(zhǎng)、光束輪廓、光纖激光系統(tǒng)和治療光束直徑小等特點(diǎn)，表現(xiàn)的臨床結(jié)果為最小的疼痛感和最短停機(jī)時(shí)間，快速的治療時(shí)間，并且支持淺表模式、深層模式或組合模式下的多功能工作狀態(tài)。幾十年來(lái)，激光與水不同程度作用，在全域或局部改善皮膚光致老化。CO2激光器是第一類用于治療光損傷的激光器，但對(duì)許多潛在的患者來(lái)說(shuō)，常常導(dǎo)致不可接受的副作用。因此，少燒蝕和非燒蝕分級(jí)激光器應(yīng)運(yùn)而生，保證臨床效果同時(shí)，縮短恢復(fù)時(shí)間。在1440、1550和1927nm波長(zhǎng)下工作的激光，穿透更深層皮膚，表現(xiàn)出產(chǎn)生較少的表皮損傷和減少真皮的殘余熱損傷。這類激光通常為接續(xù)性治療，而不是像CO2激光一次性燒蝕治療。由于CO2激光通常會(huì)燒蝕表皮，同時(shí)留下一層相對(duì)較厚的熱致真皮膠原質(zhì)，而激光用于更淺層的治療，并留下更少的殘余熱損傷。更少的熱損傷導(dǎo)致更少的停機(jī)時(shí)間，變?yōu)闈u進(jìn)治療，通常需要接續(xù)性處理。光纖激光只對(duì)皮膚表面的一部分進(jìn)行治療，限制了治療區(qū)域，以減少副作用、停機(jī)時(shí)間和不適感，仍然會(huì)在整個(gè)治療區(qū)域引起炎癥。除了高安全性和快速愈合外，使用分式非燒蝕和半燒蝕激光治療細(xì)紋和皺紋以及不必要的色素沉著，取得了良好效果，并且還可用于增強(qiáng)局部藥物的滲透。皮膚中的水分吸收率在2900nm和3100nm之間最高，使得組織消融，殘余熱損傷很小，因此比非分步式或燒蝕分步式激光器產(chǎn)生更少的副作用和停機(jī)時(shí)間。

在這里，我們研究了一種新的分步的2910nm鉺玻璃光纖激光器，具有獨(dú)特的光束輪廓和小光束直徑，使用淺層治療模式對(duì)輕度光損傷皮膚的影響。我們?cè)u(píng)估了治療后1天、7天和14天的皮膚光老化、副作用和組織學(xué)的改善情況。

材料與方法

受試者

這項(xiàng)由機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)批準(zhǔn)研究的潛在受試者最初由治療醫(yī)生依據(jù)光老化的五個(gè)關(guān)鍵跡象：細(xì)紋和皺紋、毛孔粗大、皮膚松弛、毛細(xì)血管擴(kuò)張和色素沉著過(guò)度進(jìn)行篩選。經(jīng)治療醫(yī)師評(píng)定為輕度光損傷的20名受試者被選擇進(jìn)行激光治療并登記參加研究。另外三名接受非光損傷皮膚治療的受試者在激光治療后1天、1周和2周分別進(jìn)行皮膚活檢，由于活檢是在防曬皮膚上進(jìn)行的，因此在沒有光損傷評(píng)估的情況下入組。接受面部激光治療的臨床研究參與者男性4人，女性16人，年齡24 ~ 60歲，平均年齡46.1±11.7歲(mean±SD)，面部有臨床可識(shí)別的慢性光老化。該研究對(duì)所有Fitzpatrick皮膚類型開放，其中2名皮膚類型為I型，7名皮膚類型為II型，9名皮膚類型為III型，3名皮膚類型為IV型。接受激光治療和皮膚活檢的3名受試者未進(jìn)行光損傷評(píng)估，年齡分別為57歲、68歲和47歲，皮膚類型為II、III和IV。接受面部激光治療、注射填充劑或神經(jīng)毒素治療、在研究開始后6個(gè)月內(nèi)服用異維甲酸、治療區(qū)域有皮炎或皮膚病或有瘢痕疙瘩形成史的受試者被排除在外。

激光

激光能量是通過(guò)激光光纖輸送的，而不是關(guān)節(jié)臂。激光束聚焦在170μm大小的微光束光斑上，這些微光束排列成環(huán)形，形成由33束微光束組成的“光斑”。光斑具有高斯截面，與其他單模、高光束質(zhì)量激光器一致。微光束以環(huán)形陣列傳輸，固定光斑重疊35%，在整個(gè)環(huán)空或光斑上形成均勻的能量分布。微光束重疊，使得高斯光束的波谷疊加地為激光光斑提供非常均勻的能量(圖1)。

▲圖1.?由33根微光束組成的環(huán)形脈沖，微光束重疊在一起，形成一個(gè)圓形的脈沖。

本臨床研究將微光束排列成環(huán)形，每個(gè)環(huán)使用33個(gè)微光束脈沖，產(chǎn)生0.17mm寬，1.20mm直徑的環(huán)。在本研究中，從多種圖案選項(xiàng)中選擇了15mm × 15mm的方形圖案，并使用計(jì)算機(jī)圖案生成器生成，將81個(gè)環(huán)放置在9 × 9的圖案中(圖2)。

▲圖2. 激光脈沖33個(gè)微光束脈沖組成，脈沖間隔長(zhǎng)于治療皮膚中每個(gè)微光束的熱弛豫時(shí)間。環(huán)形脈沖在一個(gè)15mm× 15mm的正方形中傳遞，由81個(gè)環(huán)形脈沖組成，在0.7秒內(nèi)傳遞。

通過(guò)選擇25%的密度設(shè)置來(lái)選擇單位面積的環(huán)數(shù)，確定要在15mm × 15mm的處理區(qū)域達(dá)到25%的覆蓋率，需要均勻地放置81個(gè)環(huán)，間隔1.50mm，覆蓋正方形圖案。每個(gè)圖案的總能量為1.8±0.1 J，使用2,673個(gè)微光束，每個(gè)微光束的能量為0.6 mJ。33束微光束形成環(huán)形光斑，導(dǎo)致環(huán)形光斑能量為每個(gè)光斑或環(huán)21.5 mJ。提供一個(gè)15mm × 15mm正方形圖案的總時(shí)間為0.7秒，每個(gè)15mm × 15mm處理圖案的影響為2.5 J/cm2。這些設(shè)置導(dǎo)致預(yù)燒蝕深度為10±1.5μm。對(duì)于組織學(xué)治療區(qū)域，20μm和60μm的治療設(shè)置分別對(duì)應(yīng)于微束能量1.3和3.9 mJ，以及42.9和128.7 mJ/斑或環(huán)。在10mm × 10mm的模式中，有36個(gè)環(huán)形斑點(diǎn)，在20和60μm的設(shè)置中分別沉積了1.6和4.6 J的能量。

激光治療

所有臨床受試者均接受單次激光治療，共兩次治療，間隔2個(gè)月，使用2910nm鉺玻璃光纖激光。本研究中使用的治療能量由治療醫(yī)師根據(jù)先前的治療確定，其治療后的改善和副作用在治療能量范圍內(nèi)可被觀察到。組織學(xué)研究也有助于本研究臨床參數(shù)的選擇。兩種處理都使用了10μm的能量設(shè)置，對(duì)應(yīng)整個(gè)處理區(qū)域2.5 J/cm2。每個(gè)模式的總能量為1.8±0.1 J，使用2,673個(gè)單獨(dú)的微束，每個(gè)微束的能量為0.6 mJ。33束微光束形成環(huán)形光斑，導(dǎo)致環(huán)形光斑能量為21.5 mJ/光斑或環(huán)。采用最大可用15mm × 15mm處理面積選擇正方形圖案，處理面積密度設(shè)置為25%。為了處理25%的15mm × 15mm正方形，在處理區(qū)域均勻沉積81個(gè)環(huán)形斑點(diǎn)，間隔1.5mm。治療采用自動(dòng)重復(fù)模式，重復(fù)率為1.0Hz，不使用局部麻木膏，治療時(shí)間平均約為5分鐘。

三名接受激光治療以進(jìn)行組織學(xué)評(píng)估的受試者在六個(gè)治療部位對(duì)下背部皮膚進(jìn)行治療，第七個(gè)部位作為未治療的對(duì)照組。如上所述，每個(gè)受試者的三個(gè)部位在20μm的設(shè)置下進(jìn)行處理，提供5.0 J/cm2, 1.3 mJ/微束和43 mJ/斑點(diǎn)或環(huán)狀環(huán)，以及由36個(gè)均勻間隔的環(huán)形斑點(diǎn)組成的每10mm平方的處理區(qū)域1.6 J。另外三個(gè)位置在60μm的較高設(shè)置下進(jìn)行處理，對(duì)應(yīng)于15.0 J/cm2，提供3.9 mJ/微束，128.7 mJ/斑點(diǎn)或環(huán)形，4.7 J/ 10mm2的處理區(qū)域。

標(biāo)準(zhǔn)化圖像的盲法評(píng)估

在治療前和最終治療后3個(gè)月，使用專業(yè)的數(shù)字成像系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化的頭部固定器拍攝每位受試者的全臉數(shù)字圖像，以保持正確的頭部定位。為了確保在預(yù)處理和處理后成像過(guò)程中頭部定位的可重復(fù)性，成像系統(tǒng)將先前圖像的數(shù)字重影與頭部位置的實(shí)時(shí)電影顯示結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)預(yù)處理和處理后數(shù)字圖像之間定位的最大一致性。將視頻圖像與靜態(tài)虛影圖像進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理定位與后處理定位的匹配。在治療前和治療后3個(gè)月，每名受試者取3個(gè)面部位置，包括正面、左側(cè)面部45°和右側(cè)面部45°。治療效果由三位盲審醫(yī)師評(píng)估者比較治療前和治療后3個(gè)月的隨機(jī)圖像對(duì)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估者將嘗試識(shí)別出治療前的圖像，然后評(píng)估治療后3個(gè)月圖像的改善水平，如果有的話。盲審醫(yī)師評(píng)估者使用從0到10的11分量表對(duì)光損傷的總體改善進(jìn)行評(píng)分，其中0分對(duì)應(yīng)于沒有改善，1分代表光損傷改善10%，5分代表改善50%，10分對(duì)應(yīng)于100%，或皮膚光損傷完全改善。錯(cuò)誤地識(shí)別處理后的圖像作為預(yù)處理圖像，將導(dǎo)致負(fù)得分，例如分?jǐn)?shù)為4將被記錄為- 4分，或光損傷外觀惡化40%。

▲非常顯著的治療效果！

受試者的副作用等級(jí)

受試者在每次治療后立即用4分Likert量表對(duì)紅斑、水腫和針尖性出血進(jìn)行評(píng)分，從無(wú)(0)到輕度(1)、中度(2)和嚴(yán)重(3)。每次治療期間的疼痛由受試者使用11分(0 - 10)量表進(jìn)行評(píng)分，其中0分代表沒有感覺或有感覺但沒有任何疼痛，5分代表中度疼痛，10分代表最大疼痛。

組織學(xué)評(píng)價(jià)

治療后1天分別對(duì)三名受試者進(jìn)行兩個(gè)治療能量和未治療對(duì)照部位的皮膚活檢。兩種給藥能量治療后1周進(jìn)行第二次活檢，激光治療后2周再次進(jìn)行活檢。治療和對(duì)照活檢部位用0.5%利多卡因和1:20萬(wàn)腎上腺素浸潤(rùn)。進(jìn)行4毫米穿孔活檢，用4毫米尼龍縫合線縫合，并立即放入緩沖福爾馬林中?；顧z標(biāo)本切成5μm切片，然后用蘇木精和伊紅染色，放置在玻片上，每個(gè)標(biāo)本30片，每張玻片4-5個(gè)組織切片。如上所述，在每次激光能量下采集三個(gè)活檢標(biāo)本，每個(gè)受試者一個(gè)，作為單個(gè)對(duì)照活檢。如上所述，在每次激光能量下采集三個(gè)活檢標(biāo)本，每個(gè)受試者一個(gè)，作為單個(gè)對(duì)照活檢。所有的切片都被檢查，最大激光治療的切片，代表分塊環(huán)形斑點(diǎn)的存在，被選中進(jìn)行審查。然后對(duì)每個(gè)活檢標(biāo)本分析四個(gè)組織切片，每個(gè)切片在組織塊中彼此間隔至少20μm。使用Olympus BX43顯微鏡，使用Olympus ×2，×4，×10，×20和×40物鏡對(duì)切片進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)載玻片進(jìn)行可視化。用4k分辨率的DP 28數(shù)碼相機(jī)獲取染色切片的圖像。

?討論

在這項(xiàng)研究中，我們研究了一種新型2910nm鉺玻璃光纖激光器的臨床和組織學(xué)效果，該激光器提供分布的微光束陣列，利用表面設(shè)置在角質(zhì)層和表皮內(nèi)創(chuàng)建微觀熱處理區(qū)。激光能量通過(guò)光纖而不是關(guān)節(jié)臂傳遞到可重復(fù)使用的鋁制手持器。通過(guò)盲審醫(yī)師評(píng)估人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字圖像進(jìn)行評(píng)分，2910nm分級(jí)激光對(duì)皮膚光損傷的臨床改善有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且不適和副作用最小。盡管輕微到?jīng)]有不適，但治療后立即出現(xiàn)的臨床紅斑和水腫通常是輕度到中度的，這表明臨床明顯的炎癥反應(yīng)可能有助于臨床改善。盡管在當(dāng)前研究中兩倍的治療能量下表皮損傷的組織學(xué)證據(jù)非常少，但治療后的紅斑和水腫是輕度至中度的。組織學(xué)研究作為臨床治療的前導(dǎo)，治療能量低于組織學(xué)研究中使用的最低能量，因?yàn)槭褂?0μm設(shè)置進(jìn)行初步治療，可引起均勻的紅斑反應(yīng)，最小至無(wú)不適，患者滿意度顯著。據(jù)推測(cè)，低于當(dāng)前研究中使用的能量的組織學(xué)檢查將顯示比當(dāng)前研究中注意到的更少的表皮損傷。

目前研究中使用的2910nm光纖激光器相對(duì)于其他燒蝕、半燒蝕和非燒蝕激光器的潛在優(yōu)勢(shì)是獨(dú)特的。首先，2910nm波長(zhǎng)被水強(qiáng)烈吸收，導(dǎo)致燒蝕，在皮膚中沉積很少的熱能。這使得角質(zhì)層、表皮或真皮層中非常精確的組織層的去除或改變成為可能。其他工作在2940nm的激光器在水中也有類似的吸收，然而，這些激光器是閃光燈驅(qū)動(dòng)的鉺:YAG (Er:YAG)激光器，其發(fā)射激光能量的重復(fù)頻率要慢得多，并且無(wú)法提供非常淺層燒蝕所需的非常低的能量。一項(xiàng)針對(duì)250名受試者的早期大型研究表明，與上一代CO2激光器相比，Er:YAG激光器在2940nm的波長(zhǎng)下工作，能夠在所有受試者中使用表面麻醉劑進(jìn)行皮膚修復(fù)，并且停機(jī)時(shí)間明顯縮短，為在該吸收峰使用波長(zhǎng)提供了一些最初的、強(qiáng)有力的、積極的數(shù)據(jù)。目前研究中使用的Er:玻璃光纖激光器可以控制3000-5000 Hz范圍內(nèi)的脈沖，從而能夠提供由33個(gè)重疊的微光束組成的非常均勻的環(huán)形斑點(diǎn)。這種重疊使得每個(gè)光束的較低能量肩部的能量加起來(lái)與光束中心的能量相同，從而獲得具有一致組織效應(yīng)的均勻點(diǎn)。此外，激光速度極快，均勻性和2910nm的高吸水性波長(zhǎng)導(dǎo)致非常低的不適感和快速的愈合時(shí)間。雖然目前的Er:玻璃光纖激光器可以在淺層模式、鉆孔模式或兩者的組合下工作，但本研究?jī)H使用淺層模式，并研究其對(duì)輕度光老化皮膚的影響。通過(guò)盲審醫(yī)師評(píng)估數(shù)字圖像，患者表現(xiàn)出較好的臨床改善，在沒有任何表面麻醉劑的情況下，疼痛評(píng)分非常低，并且使用這種獨(dú)特的激光治療時(shí)，治療時(shí)間非常短，平均5分鐘。

其他針對(duì)水的激光器，如燒蝕CO2激光器，或高功率非燒蝕1550nm Er:玻璃激光器，以及1927nm銩光纖激光器，被水吸收的強(qiáng)度不如現(xiàn)有設(shè)備，因此在實(shí)現(xiàn)等量燒蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致更多的殘余熱損傷，不適和停機(jī)時(shí)間。這些激光被廣泛用于治療光損傷和痤瘡疤痕，已經(jīng)有很多年了。最近，低能量1440和1927nm非燒蝕和半燒蝕二極管激光器已被廣泛應(yīng)用于淺表治療，與相應(yīng)的高功率設(shè)備相比，停機(jī)時(shí)間更短，用于輕度面部嫩膚，維持其他激光治療效果，增強(qiáng)局部產(chǎn)品的效果，并改善許多光老化跡象，包括色素沉著。即使在低影響下，1440nm和1927nm的低能量分束激光也會(huì)在每個(gè)分束微光束底部的半圓形區(qū)域產(chǎn)生皮膚損傷區(qū)，膠原染色的改變證明了這一點(diǎn)，目前研究中使用的2910nm激光能夠進(jìn)行非常淺層的治療，組織學(xué)證明幾乎沒有表皮損傷，并且可以在高通量下消融角質(zhì)層并改變表皮的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。該光源的新穎之處在于能夠改善臨床狀況，并可能導(dǎo)致這種改善的皮膚炎癥，而在組織學(xué)檢查中僅產(chǎn)生非常淺的表皮或角質(zhì)層變化。組織學(xué)檢查中這種表面變化引起炎癥的機(jī)制仍有待闡明，但可能是多因素的，包括皮膚屏障功能的改變，表皮神經(jīng)纖維與下層真皮的交流，以及角質(zhì)形成細(xì)胞釋放影響下層真皮的細(xì)胞因子。正如當(dāng)前研究所預(yù)期的那樣，增加輸送的通量對(duì)表皮產(chǎn)生更大的影響，進(jìn)一步增加通量應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致這里使用的淺層模式產(chǎn)生更大的影響，而切換到深層模式可以通過(guò)改變光束輪廓和施加的通量來(lái)創(chuàng)建任何深度的皮膚微通道。這些模式可以組合成具有不同影響的單一治療模式，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)整到各種臨床環(huán)境的大范圍治療設(shè)置。在目前的研究中，我們調(diào)查了非常淺表治療的臨床效果，顯示臨床改善，非常少的不適或停機(jī)時(shí)間。

這項(xiàng)研究表明，在沒有任何表面麻醉劑的情況下，使用這種新型Er:玻璃纖維激光器治療可以改善光損傷皮膚的外觀，幾乎沒有不適，治療后出現(xiàn)中度紅斑和水腫，表明皮膚對(duì)治療有反應(yīng)，并且沒有其他副作用。在兩種能量水平下處理的標(biāo)本進(jìn)行的組織學(xué)分析表明，在較低能量的治療環(huán)境下，角質(zhì)層底部在治療后1天出現(xiàn)了非常淺的表皮殘余損傷，而在較高的能量治療環(huán)境下，表皮的淺層至中層殘余熱損傷。在低能和高能環(huán)境下，皮膚炎癥持續(xù)一周，高能環(huán)境下炎癥更嚴(yán)重。

未來(lái)的研究將進(jìn)一步研究在表面模式下更高能量設(shè)置下的臨床和組織學(xué)變化，在鉆孔模式下的各種能量，以及組合模式的影響，這將進(jìn)一步表征和探索這種多功能光纖激光器的能力。

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