從日用到醫(yī)療，從顯示到加工，激光應(yīng)用無處不在。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。本文利用高重頻全光纖3um激光器，對皮膚光損傷進(jìn)行修復(fù)，獲得了良好效果。

本文來自：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、光束輪廓、光纖激光系統(tǒng)和治療光束直徑小等特點，表現(xiàn)的臨床結(jié)果為最小的疼痛感和最短停機(jī)時間，快速的治療時間，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，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，但對許多潛在的患者來說，常常導(dǎo)致不可接受的副作用。因此，少燒蝕和非燒蝕分級激光器應(yīng)運而生，保證臨床效果同時，縮短恢復(fù)時間。在中紅外1440、1550和1927nm波長下工作的激光，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激光通常會燒蝕表皮，同時留下一層相對較厚的熱致真皮膠原質(zhì)，而中紅外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)時間和不適感，仍然會在整個治療區(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，具有獨特的光束輪廓和小光束直徑，使用淺層治療模式對輕度光損傷皮膚的影響。我們評估了治療后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

這項由機(jī)構(gòu)審查委員會批準(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)張和色素沉著過度進(jìn)行篩選。經(jīng)治療醫(yī)師評定為輕度光損傷的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)，面部有臨床可識別的慢性光老化。該研究對所有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

本研究使用的激光器為中紅外鉺玻璃2910nm光纖激光器。激光能量是通過激光光纖輸送的，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，形成一個圓形的脈沖。

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

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

通過選擇25%的密度設(shè)置來選擇單位面積的環(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個環(huán)，間隔1.50mm，覆蓋正方形圖案。每個圖案的總能量為1.8±0.1 J，使用2,673個微光束，每個微光束的能量為0.6 mJ。33束微光束形成環(huán)形光斑，導(dǎo)致環(huán)形光斑能量為每個光斑或環(huán)21.5 mJ。提供一個15mm × 15mm正方形圖案的總時間為0.7秒，每個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。對于組織學(xué)治療區(qū)域，20µm和60µm的治療設(shè)置分別對應(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個環(huán)形斑點，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，對應(yīng)整個處理區(qū)域2.5 J/cm2。每個模式的總能量為1.8±0.1 J，使用2,673個單獨的微束，每個微束的能量為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個環(huán)形斑點，間隔1.5mm。治療采用自動重復(fù)模式，重復(fù)率為1.0Hz，不使用局部麻木膏，治療時間平均約為5分鐘。

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

標(biāo)準(zhǔn)化圖像的盲法評估

在治療前和最終治療后3個月，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時電影顯示結(jié)合在一起，以實現(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個月，每名受試者取3個面部位置，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)師評估者比較治療前和治療后3個月的隨機(jī)圖像對進(jìn)行評估，評估者將嘗試識別出治療前的圖像，然后評估治療后3個月圖像的改善水平，如果有的話。盲審醫(yī)師評估者使用從0到10的11分量表對光損傷的總體改善進(jìn)行評分，其中0分對應(yīng)于沒有改善，1分代表光損傷改善10%，5分代表改善50%，10分對應(yīng)于100%，或皮膚光損傷完全改善。錯誤地識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

受試者在每次治療后立即用4分likert量表對紅斑、水腫和針尖性出血進(jìn)行評分，從無(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)評價

治療后1天分別對三名受試者進(jìn)行兩個治療能量和未治療對照部位的皮膚活檢。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。治療和對照活檢部位用0.5%利多卡因和1:20萬腎上腺素浸潤。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，每個標(biāo)本30片，每張玻片4-5個組織切片。如上所述，在每次激光能量下采集三個活檢標(biāo)本，每個受試者一個，作為單個對照活檢。如上所述，在每次激光能量下采集三個活檢標(biāo)本，每個受試者一個，作為單個對照活檢。所有的切片都被檢查，最大激光治療的切片，代表分塊環(huán)形斑點的存在，被選中進(jìn)行審查。然后對每個活檢標(biāo)本分析四個組織切片，每個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物鏡對切片進(jìn)行評估，并對載玻片進(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。通過盲審醫(yī)師評估人員對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字圖像進(jìn)行評分，2910nm分級激光對皮膚光損傷的臨床改善有統(tǒng)計學(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，因為使用10μm設(shè)置進(jìn)行初步治療，可引起均勻的紅斑反應(yīng)，最小至無不適，患者滿意度顯著。據(jù)推測，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光纖激光器相對于其他燒蝕、半燒蝕和非燒蝕激光器的潛在優(yōu)勢是獨特的。首先，2910nm波長被水強(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，并且無法提供非常淺層燒蝕所需的非常低的能量。一項針對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)時間明顯縮短，為在該吸收峰使用波長提供了一些最初的、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個重疊的微光束組成的非常均勻的環(huán)形斑點。這種重疊使得每個光束的較低能量肩部的能量加起來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。此外，激光速度極快，均勻性和2910nm的高吸水性波長導(dǎo)致非常低的不適感和快速的愈合時間。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，但本研究僅使用淺層模式，并研究其對輕度光老化皮膚的影響。通過盲審醫(yī)師評估數(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，疼痛評分非常低，并且使用這種獨特的激光治療時，治療時間非常短，平均5分鐘。

其他針對水的激光器，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，因此在實現(xiàn)等量燒蝕時，會導(dǎo)致更多的殘余熱損傷，不適和停機(jī)時間。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在每個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，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，增加輸送的通量對表皮產(chǎn)生更大的影響，進(jìn)一步增加通量應(yīng)該會導(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改變光束輪廓和施加的通量來創(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)時間。

這項研究表明，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。

文章來源：凌云光子

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