Из-за изменений в диете и образе жизни число людей, страдающих ожирением, во всем мире неуклонно растет. Ожирение отрицательно сказывается на здоровом образе жизни, поэтому требует лечения и улучшения. Исследования, связанные с этим, постоянно проводятся.
Компактная лазерная система, разработанная с использованием лазерного диода 808 нм и ортованадата неодима иттрия, генерирует длину волны 1064 нм, периодически поляризованный нелинейный кристалл, накачивающий лазерный луч. Импульсный пучок с длиной волны 1064 нм, проходящий через АО добротность, используется в качестве света накачки нелинейно-оптического кристалла и облучается периодическим поляризованным нелинейно-оптическим кристаллом с периодом квазисинхронизма. Нелинейно-оптические кристаллы используют печь для контроля температуры, чтобы генерировать желаемые длины волн 1980 нм и 2300 нм.
Длины волн 1980 и 2300 нм, генерируемые регулированием температуры нелинейно-оптических кристаллов, эффективны для липолиза. Использовался волоконный катетер, чтобы лазером можно было напрямую облучать жировые клетки. В частности, новая длина волны (1980 нм, 2300 нм) может усилить эффект уменьшения жира при низкой энергии (1,3 Вт). При использовании лазера с комбинацией длин волн 1980 нм и 2300 нм был получен средний эффект липолиза 20%.
Была разработана лазерная система для липолиза в среднем инфракрасном диапазоне с отличным поглощением жира и воды. Мы провели принципиальное исследование, чтобы подтвердить эффективность и безопасность лазерной системы липолиза, и получили хорошие результаты для липолиза с низкой энергией.
Вступление
В связи с развитием медицины и науки старение населения увеличивается вместе с продолжительностью жизни человека. Из-за старения много времени и экономических вложений привели к здоровой жизни без болезней. Одна из опасных для здоровья причин — ожирение. Ожирение — это простой вес прошлого, означающий, что большая часть нынешнего ожирения — это накопление большого количества жира в организме, что означает накопление состояния. Из-за изменений в пищевых привычках и образе жизни число людей, страдающих ожирением, во всем мире неуклонно растет. Ожирение влияет на здоровье и самооценку в социальной деятельности, а также участвует в разработке медицинских методов и устройств. Лазерный липолиз уменьшает жир и сокращает время восстановления, а также предотвращает кровотечение за счет коагуляции кровеносных сосудов и эффективного лифтинга кожи за счет выработки коллагена. В этом исследовании была разработана первая в мире минимально инвазивная лазерная система для липолиза с длинами волн 1980 и 2300 нм. Уменьшение жира с помощью лазера зависит от длины волны и энергии лазера. Каждая длина волны, используемая лазером для липолиза, имеет свои особенности. Он обладает высокой кровоостанавливающей функцией, что является уникальной ролью длины волны 1064 нм, и имеет высокую скорость поглощения воды, так что он также действует как стягивающая функция. Длина волны 1320 нм имеет более высокое водопоглощение, чем 1064 нм, и обладает эффектом растворения жира. Длина волны 1444 нм в настоящее время является самой высокой длиной волны растворимости жира, используемой в оборудовании для лазерной липосакции (LAL), которая в 40 раз превышает 1064 нм. С увеличением длины волны растет поглощение жира и увеличение воды. Как правило, подкожно-жировой слой состоит не только из жира, но и из воды и жира. Когда скорость абсорбции воды и жира увеличивается, растворимость жира высока, что увеличивает терапевтический эффект. Причина, по которой полоса 2000 нм, которая в настоящее время имеет более высокую скорость поглощения жира, не используется, потому что технически сложно получить желаемую длину волны, а высокое поглощение воды создает риск ожогов. В этом исследовании были разработаны лазеры с длиной волны 1980 и 2300 нм, которые эффективны для липолиза. Кроме того, поскольку он использует меньшую мощность (1,3 Вт), чем другие лазеры с длиной волны (1444 нм / 12 Вт), риск ожогов снижается.
Материалы и методы
Разработка лазерной системы
Обычно кристаллы неодима (Nd): иттрий-алюминиевого граната (YAG) и кристалл отованадата Nd: иттрия (YVO4) используются для генерации лазера с длиной волны 1064 нм. Nd: YAG твердотельный лазер с диодной накачкой (DPSS), использование DPSS-лазера с боковой накачкой и вращателя Фарадея для управления поляризацией через поляризационный элемент ограничивает уменьшение размера лазерной головки. Чтобы преодолеть ограничение по размеру, мы разработали модифицированную лазерную головку со структурой, использующей Nd: YVO4 и 808-нм лазерный диод (LD). Мощный волоконный диодный лазер накачивал кристалл Nd: YVO4 на длине волны 808 нм с максимальной мощностью 100 Вт. Nd: YVO4 имеет скорость поглощения 808 нм, что в 5 раз лучше, чем у Nd: YAG, и имеет такую же мощность при низкой выходной мощности, как выходная мощность диода Nd: YAG, что вдвое увеличивает срок службы диода.
Он также имеет то преимущество, что генерирует линейно поляризованный луч с длиной волны 1064 нм. Линза была разработана с использованием CodeV для фокусировки луча, расходящегося от 808-нм LD, на Nd: YVO4. Поскольку Nd: YVO4 имеет свойство двулучепреломления, может проходить только луч, имеющий поляризацию в направлении, соответствующем осевому направлению. Эти характеристики влияют на выходную мощность. Как хорошо известно, мы использовали a-разрез Nd: YVO4 (4 × 4 × 20 мм, 0,2% легирования), потому что он имеет максимальную выходную мощность в 7 раз выше, чем c-cut. Чтобы поддерживать постоянную температуру Nd: YVO4, количество, включая систему охлаждения. Для создания импульсного пучка использовался акустооптический (АО) модулятор добротности. Коммутатор добротности AO должен был иметь частоту повторения импульсов в несколько кГц с использованием кристаллического кварца. Импульсный луч с длиной волны 1064 нм используется в качестве луча накачки для резонатора оптических параметрических генераторов (OPO). Резонатор ПГС состоит из периодически поляризованного нелинейно-оптического кристалла с периодом квазифазового согласования (QPM), заднего и внешнего зеркала. Чтобы получить длину волны 2 мкм, подходящую для липолиза, был выбран периодически поляризованный кристалл стехиометрического танталата лития (PPSLT) (3 × 3 × 20 мм, период решетки 32,19 мкм) путем расчета изменения длины волны в зависимости от температуры нелинейно-оптического кристалла.
Мы использовали зависимое от температуры уравнение Селлмейера для необыкновенного показателя преломления стехиометрического кристалла танталата лития (SLT), предложенное Брунером. Все зеркала резонатора OPO были плоскими зеркалами. Заднее зеркало обладает высокой пропускающей способностью (T> 95%) для луча накачки и высокой отражательной способностью (R> 97%) для длин волн 2 мкм. Наше зеркало обладает высокой отражающей способностью (R> 99%) для луча накачки и частичным пропусканием (T> 50%) для длин волн 2 мкм. Для управления нелинейно-оптической температурой кристалла для получения стабильной длины волны с помощью нагревателя была сделана печь с использованием датчика температуры в реальном времени. Когда луч накачки с длиной волны 1064 нм падает на нелинейно-оптический кристалл, генерируется вторая гармоника с длиной волны 532 нм. Он вызывает изменения температуры кристалла в средней инфракрасной области с длинами волн 1980 и 2300 нм. Результат вычисления изменения длины волны в соответствии с температурой нелинейно-оптического кристалла составил 110 C. Мы спроектировали и изготовили печь для управления нелинейно-оптической температурой кристалла.
Луч с длиной волны 1064 нм накачивается в нелинейно-оптический кристалл, и генерируется вторая гармоника с длиной волны 532 нм. Были измерены длины волн, генерируемые при повышении температуры печи. В результате мы достигли длины волны 1980 нм и 2300 нм при 175 C. У нас есть набор нелинейно-оптических температур кристалла около 175 C согласно экспериментальным результатам.
Луч генерации второй гармоники с длиной волны 532 нм отражается складывающимся зеркалом, а 1980 и 2300 нм проходят через селективный фильтр. Мы разработали соединительную линзу для фокусировки на волокне на длинах волн 1980 и 2300 нм. Мы разработали лазерную систему для липолиза с длинами волн 1980 и 2300 нм, включая лазерную головку, регулятор температуры, источник питания и систему охлаждения.
Полученные результаты
Результаты и обсуждение доклинического эксперимента липолиза
Мы провели доклинические испытания ex vivo и in vivo, чтобы подтвердить безопасность и эффективность минимально инвазивного лазера липолиза в среднем инфракрасном диапазоне.
Ex-vivo эксперимент
Сначала были проведены эксперименты ex-vivo для определения мощности волн с длинами волн 1980 и 2300 нм. Он был разработан и проверен с использованием основной ткани свиньи. Канюля используется для доставки лазерного излучения от кончика волокна к жировой ткани. Для подтверждения уменьшения жировых клеток с помощью лазера без повреждения канюли и изменения тканей в области красной линии наблюдались. Направляющий луч использовался для визуальной проверки того, где был облучен лазер. После лазерного облучения был извлечен образец ткани и проведен гистологический анализ.
После лазерного облучения окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) использовали для анализа изменений в жировой ткани. Как показано на фиг. 6, в случае облучения в течение 4 минут с комбинацией 1980 нм и 2300 нм жировые клетки разложились.
In-vivo эксперимент
По результатам эксперимента ex vivo был проведен эксперимент на животных in vivo. На этот эксперимент было получено одобрение IRB. В плане эксперимента брюшко 12-месячного самца мини-свиньи было разделено на шесть частей и облучено лазером. Цвет кожи, волосяные фолликулы, потовые железы и подкожно-жировая клетчатка были экспериментированы с использованием мини-свиней, похожих на людей. Кожа свиньи, как и у человека, имеет относительно мало покровов, а подкожная ткань прочно соединена. Общая форма толщины эпидермиса, клеточного состава и кожного кровоснабжения аналогична человеческой, кроме апокринной потовой железы.
После лазерного облучения безопасность была подтверждена с помощью анализов крови и визуального наблюдения за кожей и биопсией. Для проверки эффективности и изменения толщины жирового слоя измеряли с помощью ультразвука. Визуальное наблюдение за кожей проводилось до и через 0, 1, 7, 15, 30, 60, 90 дней после лазерного облучения.
Для подтверждения физиологической безопасности окрашивание ткани H&E проводили через 15, 30, 60 и 90 дней после лазерного облучения. В результате было замечено, что в деформированной части жировой ткани образовывались другие цитоплазмы, мышечные клетки и внутрицитоплазматическая фиброзная ткань. В результате наблюдения через 30 дней другая цитоплазма, мышечные клетки и внутрицитоплазматическая фиброзная ткань образовывались во всех областях, но № 6 (контроль) был относительно ниже, чем у других элементов (экспериментальная группа).
В течение 3 дней после лазерного облучения было выполнено 8 анализов крови (0, 2, 4, 8, 12, 18, 24, 48, 72 часа) для подтверждения изменений функции печени, почек и уровня липидов. Уровень аспартаттрансаминазы (AST) имел тенденцию к увеличению между 4 и 24 часами лазерного облучения, но вернулся к норме через 48 часов.
Для подтверждения эффективности и изменения толщины жирового слоя были измерены ультразвуком брюшной полости до и сразу через 1, 7, 15, 30, 60, 90 дней после лазерного облучения. Толщина жирового слоя уменьшилась на 33% с 7,22 мм до лазерного облучения до 4,86 мм через 90 дней после лазерного облучения. Обнаружено, что толщина жирового слоя увеличилась на всех участках после 1 дня облучения. Видно, что он увеличивается более чем на 40% в №1 и быстро уменьшается через 7 дней.
Толщина жира всех частей уменьшилась на 30 дней и увеличилась на 5% на № 4, № 5, № 6 через 60 дней. В течение 90 дней после лазерного облучения была толщина, разница в зависимости от местоположения уменьшилась на 5–35% всех деталей. При облучении комбинации длин волн 1980 и 2300 нм (№ 1–5) наблюдалась тенденция к непрерывному уменьшению через 60 дней. Однако при облучении длиной волны 1470 нм (№6) тенденция к падению отсутствует.
Обсуждение результатов
Мы разработали минимально инвазивную лазерную систему для липолиза, в которой используется нелинейный оптический кристалл для получения длин волн 1980 и 2300 нм с хорошим поглощением воды и жира. Доклиническое исследование было проведено на мини-свинке, чтобы подтвердить безопасность и эффективность минимально инвазивного липолиза. При облучении комбинацией длин волн 1980-нм и 2300-нм было получено снижение жира в среднем на 20%. Анализы крови и биопсия подтвердили безопасность минимально инвазивной лазерной системы липолиза в среднем инфракрасном диапазоне. Основываясь на результатах экспериментов на животных, минимально инвазивная лазерная система липолиза в среднем инфракрасном диапазоне была первым клиническим испытанием, одобренным клиническим протоколом Министерства по безопасности пищевых продуктов и медикаментов (MFDS). В настоящее время клиническое исследование завершено, ведется статистическая обработка.